Unter der Leitung von Dr. Niels Grabe haben Wissenschaftler des Universitätsklinikums Heidelberg den sog „Wundverschluss“, also wie die Haut Wunden verschließt, erforscht. Sie konnten die Zellbewegungen in einem im Labor gezüchteten Gewebe, das der menschlichen Haut sehr nahe kommt, beobachten und auf dieser Basis ein dreidimensionales Modell des Heilungsprozesses entwickeln, wie sie nun im Journal of Cell Biology berichten.
Der Wundverschluss funktioniert anders als bislang gedacht
Anders als bisher angenommen tragen die in die Wunde einwandernden Zellen nur wenig zur neuen Zellmasse bei, die für den Wundverschluss sorgt. Stattdessen bilden die umliegenden Hautareale massiv neue Zellen und schieben diese unter der intakten Haut hindurch in die Wunde. Die neuen Zellen legen dabei einige Millimeter – für ihre Größenverhältnisse erstaunliche Entfernungen – zurück.
Zellen für den Wundverschluss schieben sich unter intakter Haut hindurch
Der Versuchsaufbau zur Simulation des Wundverschlusses
Die Forscher verwendeten für ihre Beobachtungen mehrschichtige Gewebekulturen aus zwei Typen menschlicher Hautzellen, Keratinozyten und Fibroblasten, in verschiedenen Entwicklungsstufen. Diese im Reagenzglas gezüchteten Gewebestückchen sind zwar nur eine sehr vereinfachte Version der natürlichen Haut – es fehlen u.a. Immunzellen, Nerven oder Schweißdrüsen. Aber sie organisieren sich selbst und reparieren Verletzungen. „Dieses System ist ausreichend komplex, um dem natürlichen Heilungsmechanismen sehr nahe zu kommen, aber trotzdem gut zu untersuchen“, sagt Dr. Grabe, Leiter des Hamamatsu Tissue Imaging and Analysis (TIGA) Center am Bioquant Forschungszentrum der Universität Heidelberg.
In die acht Millimeter durchmessenden Gewebekulturen stanzten die Wissenschaftler jeweils zwei kleine Löcher von zwei Millimetern Durchmesser und verfolgten den Heilungsprozess bis zu zehn Tage lang. Mit Hilfe der Daten aus dem sog. NanoZoomer, der das Ganze im Millionstel-Millimeter-Bereich abbildet, hatten die Forscher bereits ein virtuelles Hautgewebe erstellt, das sie nun mit den Informationen aus den einzelnen Schritten des Heilungsprozesses verknüpften.
Heraus kam nun die erste dreidimensionale Computersimulation, die den zugrundeliegenden Mechanismus von Wundverschluss und Heilung aufzeigt.
Es handelt sich um eine komplexe Gesamtleistung
„Es hat sich eindrucksvoll gezeigt, dass Wundheilung und speziell die Einwanderung der Zellen in die Wunde eine sehr komplexe Gesamtleistung des umliegenden Gewebes ist. Das kann man an einschichtigen Zellkulturen nicht erforschen“, erklärt Grabe. „Den größten Beitrag leisten die Hautregionen, die verhältnismäßig weit von der Wunde entfernt sind.“ Im Experiment startete die Bewegung der neuen Hautzellen in den äußersten Bereichen der Gewebekulturen, bis zu drei Millimeter von der Verletzung entfernt. Im lebenden Organismus könnte diese Strecke sogar noch weiter ausfallen. Wie auf einem Förderband schieben sich die neu gebildeten Zellen aus allen Richtungen unter der intakten Haut hindurch auf die Wunde zu. Gelangen sie dort ins Freie, werden sie von den nachrückenden Zellen nach oben gedrückt und reifen zu schildförmigen Zellen aus. Unter ihnen geschützt wandern weitere Zellen ein, bis die Wunde verschlossen ist. Das Team um Grabe nannte den Mechanismus „ExtendingShield Mechanismus“.
Neues Modell Voraussetzung für Fehlersuche bei chronischen Wunden
Die bisherigen Theorien zur Wundheilung besagten, dass sich die Zellen der Wundränder oder unmittelbar dahinter liegender Bereiche teilen und die Haut so in die Wunde hineinwächst. Diese Modelle sind nun widerlegt. „Mit dem neuen Modell haben wir den Grundstein zum besseren Verständnis von Problemen mit der Wundheilung gelegt. Erst jetzt kann man z.B. bei chronischen Wunden gezielt nach Fehlern in diesem Prozess suchen“, so Grabe. Auch für die Krebsforschung könnte das neue Modell wertvolle Impulse liefern. So ist der Mechanismus der Wundheilung vergleichbar mit der Einwanderung von Tumorzellen in gesundes Gewebe. „Eventuell sind die Steuerungsmechanismen ähnlich. Daraus könnte sich ein neuer Ansatz der Tumorkontrolle ergeben“, hofft der Wissenschaftler.
Dieser Text ist eine Abwandlung des Originals auf der Seite der UK Heidelberg veröffentlicht und wurde von Frau Julia Bird dem ROGG Blog zur Verfügung gestellt.