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Mittwoch, 14. Mai 2008   / 7 Jahre

Hildesheimer Biologen erforschen die Regeneration des Hirschgeweihs

Erkenntnisse für Grundlagenforschung und Regenerationsmedizin von großer Bedeutung

Die Fähigkeit, verlorene Körperteile zu regenerieren, ist unter Wirbeltieren sehr unterschiedlich ausgeprägt. So sind zum Beispiel viele Molch- und Salamanderarten in der Lage, nach Verlust eines Vorder- oder Hinterbeines eine komplette neue Extremität zu regenerieren, die hinsichtlich Form und Funktion dem Original in nichts nachsteht.

Im Gegensatz zu Amphibien sind Säugetiere außerstande, verloren gegangene komplexe Körperteile, wie Arme oder Beine, zu regenerieren. Eine bemerkenswerte Ausnahme von dieser Regel stellt das Geweih der Hirsche dar. Die Geweihstangen sind Knochenstrukturen, die jährlich abgeworfen und innerhalb weniger Monate regeneriert werden. Der nach dem Abfall des vorjährigen Geweihs einsetzende Regenerationsprozess geht dabei von knöchernen Stirnzapfen, den Rosenstöcken aus. Während des Wachstums ist das Geweih von einer samtartigen Haut, dem Bast überzogen. Nach Abschluss des Wachstums wird diese Haut abgestreift und der blanke Geweihknochen tritt zutage.

Im Gegensatz zu Amphibien sind Säugetiere außerstande, verloren gegangene komplexe Körperteile, wie Arme oder Beine, zu regenerieren. Eine bemerkenswerte Ausnahme von dieser Regel stellt das Geweih der Hirsche dar. Die Geweihstangen sind Knochenstrukturen, die jährlich abgeworfen und innerhalb weniger Monate regeneriert werden. Der nach dem Abfall des vorjährigen Geweihs einsetzende Regenerationsprozess geht dabei von knöchernen Stirnzapfen, den Rosenstöcken aus. Während des Wachstums ist das Geweih von einer samtartigen Haut, dem Bast überzogen. Nach Abschluss des Wachstums wird diese Haut abgestreift und der blanke Geweihknochen tritt zutage.

Bei größeren Cervidenarten, wie zum Beispiel dem Rothirsch, verlängern sich die regenerierenden Geweihstangen um mehr als einen Zentimeter pro Tag. Das Verständnis der Mechanismen, die diesen einzigartigen Regenerationsprozess bewirken und regulieren, könnte für das neue Forschungsfeld der Regenerationsmedizin entscheidende Impulse liefern. Gemeinsam mit Forschern der Universität Göttingen (Dr. Hans-Joachim Rolf und Kollegen) untersuchten die Hildesheimer Biologen Prof. Dr. Horst Kierdorf und Prof. Dr. Uwe Kierdorf den Ablauf der Geweihregenration auf zellulärer Ebene. über die Ergebnisse des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projektes berichten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des Online-Journals Public Library of Science (PLoS) ONE.

Die von der Forschergruppe aus Göttingen und Hildesheim vorgelegten Befunde stützen die von Horst und Uwe Kierdorf entwickelte Hypothese, dass die Geweihregenration von Vorläuferzellen ausgeht, die in der Knochenhaut (dem Periost) des Rosenstockes lokalisiert sind. So konnten die Forscher bei Damhirschen (Dama dama) an verschiedenen Stellen (Rosenstock, primäres und regenerierendes Geweih) Zellen nachweisen, die den Stammzellmarker STRO-1(eine Struktur auf der Zelloberfläche) trugen. Diese STRO-1+ Zellen werden nach heutigem Wissensstand als Stammzellen angesehen, aus denen durch Differenzierung verschiedene Zelltypen entstehen können. Die STRO-1+ Zellen der Hirsche wurden isoliert und im Labor unter verschiedenen Bedingungen weiter gezüchtet. Dabei offenbarten sie ihr Differenzierungsvermögen entlang unterschiedlicher Entwicklungswege. So gelang es den Forschern zum Beispiel, die Zellen zur Differenzierung zu Adipocyten (Fettzellen) zu veranlassen, einem Zelltyp, der im Geweihknochen normalerweise nicht vorkommt.

Die Befunde des Wissenschaftlerteams zeigen, dass es sich bei der Geweihregeneration mit großer Wahrscheinlichkeit um einen Stammzell-basierten Prozess handelt. Bislang waren bei Säugetieren Stammzell-basierte Regenerationsvorgänge nur im Fall begrenzter Gewebsregeneration bekannt. Die neuen Ergebnisse legen nun nahe, dass auch die Regeneration eines komplexen Organs auf diesem Wege möglich ist. Daher kommt ihnen große Bedeutung nicht nur für die Grundlagenforschung im Bereich der Regenerationsbiologie, sondern auch für anwendungsorientierte Fragestellungen aus dem Bereich der Regenerationsmedizin zu.

 


 

Literatur:

Kierdorf U, Kierdorf H, Szuwart T (2007) Deer antler regeneration: Cells, concepts and controversies. Journal of Morphology 268: 726-738. doi:10.1002/jmor.10546.
http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/114275121/PDFSTART

Rolf HJ, Kierdorf U, Kierdorf H, Schulz J, Seymour N et al. (2008) Localization and characterization of STRO-1+ cells in the deer pedicle and regenerating antler. PLoS ONE 3(4) e2064. doi:10.1371/journal.pone.0002064.
http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0002064

 

Abbildung 1: Dieser Rothirsch hat seine linke Geweihstange bereits verloren, während die rechte Geweihstange dem Rosenstock noch aufsitzt. Durch den Abwurf entsteht eine große Knochenwunde im Rosenstock. Die Stangenregeneration beginnt mit der Bildung eines ringförmigen Gewebswulstes.

Abbildung 2: Gruppe von Rothirschen mit nahezu vollständig regenerierten Geweihen, die von einer samtartigen Haut, dem Bast, bedeckt sind.

Abbildung 3: Rothirsch mit frisch gefegtem Geweih. Nach Abschluss von Wachstum und Mineralisation des Geweihknochens wird der Bast abgestreift (Fegen), sodass der blanke Knochen zutage tritt. Zwischen dem Abwerfen des vorjährigen Geweihs und dem Fegen des regenerierten Geweihs liegen etwa 120 - 130 Tage.

Abbildung 4: STRO-1+ Zellen aus dem regenerierenden Geweih eines Damhirsches. An die antigenen Oberflächenstrukturen (Stammzellmarker) der Zellen hat ein Antikörper gebunden, der mit einem zweiten, grün fluoreszierenden Antikörper konjugiert wurde. Die Zellkerne sind mit einem fluoreszierenden Farbstoff blau angefärbt (Photo: Dr. H.-J. Rolf).

 

 

 

 
 
 

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Letzte Änderung:  8.10.2014