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Regenerationskünstler - Wie Tiere sich selbst heilen

23:59
 
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Axolotl, Rippenqualle oder Stachelmaus - es gibt einige Tiere, die unfassbare Selbstheilungskräfte besitzen: Sie können Körperteile wieder nachwachsen lassen wie einen Fuß oder auch im Extremfall den Kopf. Wie funktioniert das? Was kann die Humanmedizin davon lernen? Autorin: Katharina Hübel

Credits

Autor/in dieser Folge: Katharina Hübel
Regie: Christiane Klenz
Es sprachen: Stefan Wilkening, Karin Schumacher
Technik: Susanne Harasim
Redaktion: Bernhard Kastner

Im Interview:
Prof. Kerstin Bartscherer, Biologie / Tierphysiologie, Universität Osnabrück, vormals Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin in Münster und Hubrecht Institut für Entwicklungsbiologie und Stammzellforschung, Utrecht;
Dr. Max Yun, TU Dresden (Zentrum für Regenerative Therapien Dresden und Exzellenzcluster Physik des Lebens) und Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik Dresden;
Jamileh Javidpour, Meeresökologin an der Süddänischen Universität in Odense, vormals Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR)

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Das Tagebuch der jungen Undercover-Journalistin Paula Schlier gibt uns heute, 100 Jahre später, einen seltenen Einblick in die Anfänge des Nationalsozialismus in München. Aber wer war diese Frau, was hat sie motiviert, war sie überhaupt eine Heldin? Die BR-Reporterin Paula Lochte begibt sich auf Spurensuche.
Paula sucht Paula | Folge 1/3 | Alles Geschichte - History von radioWissen
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Literaturtipps:

Kerstin Bartscherer: Wissenschaftliche Veröffentlichung in der „Nature“ aus dem Jahr 2021, nachdem das Team um Kerstin Bartscherer herausgefunden hat, dass sich Stachelmäuse sehr schnell und sehr gut von einem Herzinfarkt erholen können:
EXTERNER LINK | https://www.nature.com/articles/s41536-021-00188-2.epdf?sharing_token=8LIER7br3zc8dsCoFmaj2NRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0PJIIceyGvd5uBrx-akO-Ml6FjX3iGeE359PLB5o28alIOattqzCEPc03DXb5DSBAfYBwmLo38JIGbrivLa8LH2tOAHtmWVLqPFNpg-DN3IZgyDY01FjASaDxppHrpa7mA%3D

Kerstin Bartscherer: Wissenschaftliche Veröffentlichung im „Science Advanced“ 2023, in der die Biologin mit ihrem Team die Mechanismen erklärt, die zur narbenlosen Wundheilung bei der afrikanischen Stachelmaus führt:
EXTERNER LINK | https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf2331

Maximina Yun: Verschiedene wissenschaftliche Veröffentlichungen rund um die Forschung zum Axolotl und artverwandten Tieren und ihre Regenerationsfähigkeit:
EXTERNER LINK | https://www.theyunlab.com/publications

Jamileh Javidpour: Wissenschaftliche Veröffentlichung zur Ausbreitung der amerikanischen Rippenqualle und was ihre Fähigkeit der Regeneration damit zu tun hat:
EXTERNER LINK | https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsbl.2013.0864

Wir freuen uns über Feedback und Anregungen zur Sendung per Mail an radiowissen@br.de.
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Das vollständige Manuskript gibt es HIER.

Lesen Sie einen Ausschnitt aus dem Manuskript:

Sprecher:

Winkerkrabben können ihren Arm abwerfen und nachwachsen lassen. Süßwasserpolypen machen das sogar mit ihrem Kopf, wenn er ihnen abgerissen wird. Der kanadische Waldfrosch kann sich nach dem Tod wieder selbst beleben. Bei minus zehn Grad gefriert das Wasser in seinem Körper, die Atmung setzt aus, das Herz hört auf zu schlagen. Nach einigen Wochen taut er wieder auf, wird wieder lebendig. Und es geht noch extremer: Ein Plattwurm kann in 200 Teile zerlegt werden – um zu 200 neuen und gesunden Tieren heranzuwachsen.

01 OT Kerstin Bartscherer

Da hab ich zufällig ein Video angeschaut von diesen Plattwürmen und hab gesehen, wie die den Kopf regenerieren, wenn man den abschneidet. Ich war so fasziniert davon, weil ich davor eigentlich noch nie was davon gehört hatte, und hab dann beschlossen, mit denen zu arbeiten als Postdoc, nach der Doktorarbeit. Das war eigentlich reine Faszination und das Interesse an diesem Regenerationsprozess.

MUSIK 2 (Z8038054114 Daniel Backes: New Method Reduced 1 0‘50)

Sprecher:

Regeneration. Die Fähigkeit, abgerissene Körperteile, zerstörte Zellen und kaputte Organe aus sich selbst heraus zu heilen und zu erneuern. Gar nicht so wenige Tiere haben sie – in einem Ausmaß, wie es für den Menschen kaum vorstellbar ist. Wissenschaftler verstehen zunehmend besser, wie Tiere das schaffen. Und sie haben ein großes Ziel: Diese Erkenntnisse auf den Menschen zu übertragen.

02 OT Kerstin Bartscherer

Unrealistisch ist das auf gar keinen Fall. Ich finde das sehr realistisch je mehr ich mich jetzt mit dieser Regenerationsfähigkeit beschäftige, umso mehr bin ich überzeugt, dass das wirklich in Zukunft gehen wird, dass wir solche Regeneration hinbekommen können.

Sprecher:

Professor Kerstin Bartscherer baut derzeit an der Universität Osnabrück ein Lab auf, um erstmals an menschlicher Haut ihre Erkenntnisse zu testen – und um das, was sie an Plattwürmen und Stachelmäusen beobachtet hat, auf den Menschen zu übertragen. Angefangen hat alles mit den Plattwürmern. 2007.

03 OT Kerstin Bartscherer

Wir haben das erstmal so angefangen, dass wir erstmal verstehen wollten, welche Gene da aktiviert werden im Regenerationsprozess. Wir haben den Wurm in Stücke geschnitten und aus jedem Stück regeneriert dann wieder ein eigenes Tier.

Sprecher:

Die Molekularbiologin hat dann die DNA der zerschnittenen Plattwürmer – auch Planarien genannt – untersucht und mit der von unzerschnittenen verglichen und so Gene gefunden, die im Regenerationsprozess aktiviert sind. Damit konnte sie dann experimentieren.

04 OT Kerstin Bartscherer

Wir haben uns angeguckt, in welchen Zellen werden die aktiviert und in Planarien, was man da so gut machen kann, man kann Gene gezielt ausschalten und dann schauen: Welchen Effekt hat jetzt dieser Knockdown von diesem Gen auf die Regeneration? Und so haben wir eben einige Gene gefunden, die an der Regeneration beteiligt sind.

MUSIK 3 (Z8039716122 Louis Edlinger / Tony Delmonte: Spread The Idea (Reduced) 0‘55)

Sprecher

Plattwürmer sind recht einfach gebaute, wurmförmige Organismen – das macht sie für die Forscher so interessant. Denn ihre Einfachheit macht es möglich, einen so komplexen Prozess wie den der Regeneration gut untersuchen zu können. 30.000 verschiedene Arten von Plattwürmen gibt es. Es sind in der Regel Räuber und Parasiten – Bandwürmer fallen zum Beispiel darunter. Die Tiere sind asexuell, das heißt: Sie vermehren sich, indem sie einfach in der Mitte auseinanderbrechen. Dem hinteren Teil wächst dann ein Kopf, dem vorderen ein Schwanz. Dass sich Plattwürmer so gut selbst heilen können, wenn sie stark verletzt werden, könnte also ein „Nebenprodukt“ ihrer Fortpflanzungsstrategie sein, vermuten die Wissenschaftler.

05 OT Kerstin Bartscherer

Was den Plattwurm besonders macht, dass er diese Stammzellen hat, die sich tatsächlich in sämtliche Körperzellen spezialisieren können. Solche Stammzellen haben wir nicht, das ist eine besondere Eigenschaft. Es reicht aber nicht, nur Stammzellen zu haben, es muss auch ein bestimmtes Koordinatensystem geben im Körper, weil die Stammzellen ja auch instruiert werden müssen, zu was sie sich entwickeln sollen. Sollen die eine Nervenzelle im Gehirn werden oder eine Darmzelle oder eine Hautzelle?

Sprecher

Für die Regeneration braucht der Plattwurm also Baumaterial, um etwas aufbauen zu können. Das sind die Stammzellen. Er braucht aber auch einen Bauplan.

06 OT Kerstin Bartscherer

Da wissen wir mittlerweile, dass dieser Bauplan in den Muskelzellen unter der Haut liegt, also praktisch jede Muskelzelle entlang der Körperachse hat ein unterschiedliches Set von Genen aktiviert. Und so können die Muskelzellen dann den Stammzellen sagen, wo im Gewebe sie sich gerade befinden.

Sprecher

Das heißt: Nur wenn der Signalweg stimmt, wenn die Information über den Ort der Verletzung korrekt weitergeleitet wird, „versteht“ auch die Stammzelle, in welche Art von Gewebe, Organ oder Körperteil sie sich umwandeln soll. Diese Signalwege hat Kerstin Bartscherer näher untersucht und erstmals verstanden. Um ihre Theorie vom Signalweg zu überprüfen, hat sie in einem Laborversuch die Plattwürmer etwas manipuliert.

MUSIK 4 (Z8046179104 Hauschka: Detached 0’50)

07 OT Kerstin Bartscherer

Wenn man zum Beispiel diesen Signalweg ausschaltet, dann bildet sich an jeder Wunde ein Kopf – also, die Stammzellen denken dann: hier muss ein Kopf gebildet werden, weil eben diese positionale Information schiefläuft.

Sprecher

Und es wachsen Köpfe, wo eigentlich gar keine hingehören. Die Molekularbiologin konnte schlussendlich dann auch mit ihrem Team herausfinden, was im Plattwurm der Auslöser für die Regeneration ist: die Wundsignale. Also die Signale, die bei einer Hautverletzung im Körper ausgelöst werden.

Diese so genannten pluripotenten Stammzellen klingen wie eine Zauberwaffe im Kampf gegen den Tod. Aber so einfach ist das nicht, zumindest nicht, wenn man an den Menschen denkt.

09 OT Kerstin Bartscherer

Es ist die Frage, ob das so ein Riesenfortschritt wäre. Wenn wir jetzt Zellen haben, die sich ständig im Körper teilen, dann kann das natürlich auch was kosten. Und da meine ich jetzt zum Beispiel, dass wir dann auch vielleicht Krebs bilden können, weil sich die Zellen unkontrolliert teilen können. Also es ist nicht so, dass das einfach for free kommt, diese Regeneration.

Sprecher

Jetzt ist der Wurm aber ein Wurm – und kein Mensch. Bis sich die Erkenntnisse über Regeneration auf Säugetiere übertragen lassen, ist es ein langer Weg in der Wissenschaft. Der erste Schritt in diese Richtung war für Kerstin Bartscherer eine Kooperation mit Forschern aus Ulm, bei der sie ihr Wissen über Plattwürmer bei Fischen anwenden konnte.

11 OT Kerstin Bartscherer

Also konnten wir diese Ergebnisse praktisch auf Wirbeltiere übertragen. Das war ein ziemlich guter Erfolg für uns, um das mal zu zeigen, dass man tatsächlich auch Ergebnisse aus Plattwürmern weitertragen kann in Wirbeltiere. Und ich hatte irgendwie das Bedürfnis, jetzt einen Schritt weiterzugehen und an einem Tier zu arbeiten, wo ich dann auch tatsächlich was für den Menschen finden kann. Das ist mir in den letzten Jahren immer wichtiger geworden.

MUSIK 5 (Z8046179105 Hauschka: Limitation Of Lifetime 0’58)

Sprecher

Kerstin Bartscherer wechselte von den Plattwürmern zur Stachelmaus. Und Experimente, die an Mäusen gelingen, lassen sich oft in weiterer Forschung dann auch irgendwann auf den Menschen übertragen.

Ein Mensch oder eine Maus – das sind Lebensformen, die es noch nicht so lange auf der Welt gibt – denkt man in den Zeitspannen der Evolution. Die allerersten Wirbeltiere sind vor rund 480 Millionen Jahren entstanden. Süßwasserfische oder auch Amphibien beispielsweise. Diese Arten gibt es nach wie vor. Das bedeutet: Sie haben sich über hunderte von Millionen Jahren weiterentwickelt. Recht auffällig ist, dass unter den Meerestieren und auch Amphibien etliche Arten existieren, die erstaunliche Fähigkeiten haben, sich zu regenerieren. Ein Zufall?

12 OT Javidpour

Viele Meeresbewohner zeigen diese Fähigkeit, weil sie sehr alt sind und sich daher sehr gut angepasst haben.

Sprecher

Jamileh Javidpour ist Meeresökologin; sie hat 17 Jahre lang am GEOMAR in Kiel geforscht, unter anderem zu den Rippenquallen.

13 OT Javidpour

Die Rippenqualle ist ein besonderes Tier, weil – wenn man die Rippenqualle in Hälften schneidet, aber auch zu einem Viertel – dann können sie alle Teile regenerieren, inklusive Schirm, Körperteile, aber auch Organe und Magenteile. Und sie sind auch sehr schnell. Innerhalb von maximum zwei Wochen von einer Hälfte des Körpers kann ein komplettes Tier stattfinden.

Sprecher

Für den Lebensraum der Rippenqualle entscheidend zum Überleben.

14 OT Javidpour

Besonders im Meer, wo die Bedingungen rau und rough sind, können viele Verletzungen stattfinden. Es gibt viele Raubtiere, in dem die Fähigkeit, ein Teil des Körpers zu opfern, um den Jägern zu entkommen, präsent ist.

MUSIK 6 (Z8046179107 Hauschka: Science 1’28)

Sprecher

Über Quallen ist bis vor wenigen Jahren gar nicht viel geforscht worden. Sie wurden für recht simpel und uninteressant gehalten. Doch seit der Klimawandel einige Arten sich über die Maßen hat ausbreiten lassen, so sehr, dass diese Vermehrung ökologisch an manchen Orten sogar zum Problem geworden ist, ist das Interesse der Forschung geweckt.

15 OT Javidpour

Wir haben die Rippenqualle Mnemiopsis leidyi untersucht. Wir haben uns gefragt, wie kann es sein, dass ein so einfaches Tier wie die Rippenqualle einen Weg von der amerikanischen Ostküste nach Europa findet und dazu sehr erfolgreich sich ausbreitet.

Sprecher

Mnemiopsis leidyi. Die amerikanische Rippen-Qualle, auch ‚Meer-Walnuss‘ genannt wegen ihrer bräunlichen Färbung. Dabei war für die Kieler Forscher vor allem interessant, ob es der Rippenqualle bei ihrer invasiven Ausbreitung hilft, dass sie sich so gut regenerieren kann. Denn die Reise in andere Meere ist beschwerlich – sie erfolgt oft über Schiffstanks. Die Quallen hungern, müssen eine Zeit unter sehr widrigen Bedingungen ausharren, und viele von ihnen werden durch die Pumpen in den Schiffen verletzt. Das Überleben zwar nicht alle Tiere, aber für die Art insgesamt ist das kein Hindernis.

16 OT Javidpour

Wir haben herausgefunden, dass gute Bedingungen, zum Beispiel vorhandenes Futter, sehr wichtig sind, um die Regeneration weiter zu treiben oder schneller zu haben. Aber auch unter schlechten Bedingungen ist ein Teil der Population wieder fähig, sich zu regenerieren und als komplettes Tier rauszugehen.

Sprecher

Die Regeneration bei der Qualle zu verstehen, bedeutet für die Wissenschaft jedoch noch mehr als nur ihre Ausbreitung zu erklären. Für Jamileh Javidpour hat die Rippen-Qualle eine interessante Stellung in der Evolution:

17 OT Jamileh Javidpour 13s

Durch genetische Untersuchungen hat man festgestellt, dass die Rippenquallen eine Schlüsselposition innehaben in unserem „tree of life“, unserem tierischen Stammbaum.

Sprecher

Anders als lange vermutet, ist die Qualle mitnichten eine evolutionäre „Sackgasse“. Im Gegenteil: Die Qualle könnte sogar ein Schlüsseltier in unserem Stammbaum sein, das ist derzeit die Annahme.

18 OT Jamileh Javidpour 16s

Daher stehen wir am Anfang einer großen Forschungsära, um von der Qualle zu lernen, und einen Heilungsprozess für andere Tiere, inklusive Menschen anbieten.

MUSIK 7 (Z8046179110 Hauschka: Magnanimity 1’15)

19 OT Max Yun

OVERVOICE Weiblich

Ich war fasziniert von der außerordentlichen Fähigkeit zur Regeneration und noch etwas ist sehr bemerkenswert: Dass diese Wirbeltiere einfach nicht altern. Es war für mich wirklich ein großes Rätsel, das ich lösen wollte.

Sprecher

Der Axolotl. Ein mexikanischer Schwanzlurch, der Zeit seines Lebens im Wasser bleibt. Weil er die Metamorphose von der Larvengestalt hin zum Salamander nicht vollzieht. Er wird nur größer – und schaut dann aus wie ein kleiner Wasserdrache. Oder eben: Wie eine Mega Larve. Optisch altert er also nicht, aber auch seine Körperfunktionen bleiben ewig jung:

20 OT Max Yun

Typical signs of aging that occur is erosion of bones, for example….

Sprecher

Seine Knochen bleiben stabil und seine Muskeln bauen nicht ab. Selbst als Greis ist der Axolotl weiter fortpflanzungsfähig und die Organe funktionieren. Abnutzung: Kennt diese Amphibie nicht.

21 OT Max Yun – frei stehen lassen

None of theses things have ever been seen in our salamanders.

Sprecher

Seit 2009 arbeitet Dr. Max Yun daran, Stück für Stück dieses Rätsel zu knacken: Was im Axolotl ist dafür verantwortlich, dass sein Körper nicht altert? Max Yun forscht dazu an der TU Dresden am Zentrum für Regenerative Therapien und für das Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik. Sie steht mit ihrer Forschungsfrage in einer langen Tradition, was die Salamander angeht. Seit dem 18. Jahrhundert wollen Wissenschaftler das herausfinden, was auch Max Yun umtreibt.

22 OT Max Yun

OVERVOICE Weiblich

Jedoch: Erst seit einem guten Jahrzehnt ist es möglich geworden, wirklich herauszufinden, was auf Zellebene und auf molekularer Ebene abläuft in den Tieren. Denn: Jetzt erst haben wir die Fähigkeit, uns das Genom der Salamander anzuschauen, wir können herausfinden, welche Gene im Axolotl für seine Fähigkeiten verantwortlich sind. Und das war in der Vergangenheit natürlich nicht möglich.

Sprecher

Max Yun hat in ihrem Labor eine Axolotl-Kolonie, die Tiere in allen Altersphasen umfasst.

23 OT Max Yun

OVERVOICE weiblich

Wir haben einige interessante Dinge herausgefunden, was die so genannten seneszenten Zellen angeht. Das sind gealterte Zellen, Zombie-Zellen, die großen Schaden und Stress im Körper verursachen. Eigentlich werden sie eliminiert, aber wenn wir altern, häufen sie sich im Körper an. In der Haut, im Herz, in der Leber. Und die sind dann Treiber von vielen Alters-Krankheiten. Bei den Salamandern haben wir herausgefunden, dass sie eben gerade nicht solche Zombie-Zellen anhäufen. Das ist sehr speziell. Wie geht das? Nun, sie haben eine sehr effiziente Methode, sie aus dem Weg zu räumen. Das hat mit Fress-Zellen zu tun, die Teil des Immunsystems sind.

Sprecher

Da Axolotl in ihrer ersten Lebensphase halb durchsichtig sind, kann Max Yun bestimmte innere Vorgänge im Tier ganz einfach beobachten, indem sie die Zellen so markiert, dass sie unter UV-Licht sichtbar werden. Doch der Axolotl eliminiert nicht nur einfach das Alter.

24 OT Max Yun

OVERVOICE weiblich

Salamander sind sehr berühmt dafür, ihre Körperteile wieder nachwachsen zu lassen. Auch innere Organe wie die Niere oder auch die Augenlinse. Und am beeindruckendsten finde ich, dass sie große Teile ihres Gehirns regenerieren können. Wir haben erst kürzlich herausgefunden, dass die Tiere ihren kompletten Thalamus neu bilden können – also einen großen Teil des Zwischenhirns, den man fürs Immunsystem braucht.

MUSIK 8 (Z8046179105 Hauschka: Limitation Of Lifetime 0’35)

Sprecher

Warum kann der Salamander das? Normalerweise sind im Körper ausgereifte Zellen spezialisierte Zellen. Zum Beispiel in der Lunge haben sie ganz bestimmte Aufgaben. Für eine Muskelfaser haben sich die Zellen ganz anders spezialisiert. Zell-Differenzierung nennt sich das. Normalerweise können sich spezialisierte Zellen auch nicht mehr zurückverwandeln. Anders beim Axolotl.

25 OT Max Yun

OVERVOICE weiblich

In einer Sache ist er wirklich gut: in der Zelldifferenzierung. Die Zellen können zurückfallen in ein früheres Stadium und sich dann wieder vermehren – und auch zu einer anderen spezialisierten Zelle dann werden. Trans-Differenzierung heißt das. Wir glauben, das ist vermutlich einer der Gründe, weshalb Salamander so gut regenerieren können und wir nicht.

Sprecher

Um diese Prozesse besser verstehen zu können, sind Max Yun und ihre Kollegen dabei, Moleküle aufzudecken, die dabei eine Rolle zu spielen.

26 OT Max Yun

OVERVOICE weiblich

Das ist wie ein großes Puzzle. Wir haben einige Teile schon, aber noch längst nicht das ganze Bild. Aber darauf arbeiten wir hin.

MUSIK 9 (Z8039716102 Louis Edlinger / Tony Delmonte: Tech Questions (Reduced) 0‘20)

Sprecher

Auch mit der Idee, die Erkenntnisse womöglich auf den Menschen übertragen zu können.

Kerstin Bartscherer will diesen Schritt jetzt an der Uni Osnabrück gehen. Ihr Wissen über die Regeneration beim Plattwurm und der Stachelmaus übertragen auf den Menschen.

27 OT Kerstin Bartscherer

Die Stachelmäuse sind da eben sehr geeignet, weil sie Haut narbenfrei regenerieren können, richtig große Regionen von Haut. Ich kenn kein anderes Tier, das das kann, zum Beispiel 70 Prozent des Rückenfells komplett regenerieren zu können. Das war eigentlich dann der Grund mit den Stachelmäusen zu arbeiten, weil ich was finden wollte, was den Menschen am Ende auch hilft.

Sprecher

Ihre Vision: Menschen, die beispielsweise schwere Verbrennungen haben und große Teile der Haut verloren haben, helfen. Die transplantierte Haut soll möglichst narbenfrei verheilen. Seit 2019 untersucht Kerstin Bartscherer daher die afrikanische Stachelmaus. Sie sieht unserer Hausmaus ähnlich, nur, dass sie hellbraun ist und borstig. Wenn eine Schlange sie verspeisen will und zubeißt, hat sie die Fähigkeit, ihre Haut am Rücken abzuwerfen. Danach regeneriert sie vollständig, sieht wieder aus wie vorher. Wie das gehen kann, interessiert Kerstin Bartscherer. Hat die Stachelmaus eine Wunde, kann die Biologin folgenden Prozess beobachten:

28 OT Kerstin Bartscherer

Wir haben eine Zelle, die schüttet ein Signal aus und dieses Signal bindet dann an die anderen Zellen und löst dort eine Reaktion aus, dann wird da so eine Signalkaskade in Gang gesetzt aus verschiedenen Proteinen, bis dann am Ende im Zellkern bestimmte Gene aktiviert werden. Der Unterschied, wenn wir das jetzt vergleichen mit einer normalen Hausmaus, die nicht regenerieren kann, dann konnten wir zeigen, dass dieser Signalweg auch in der Maus angeschaltet wird durch eine Wunde. Er wird aber relativ schnell wieder ausgeschaltet. Und in der Stachelmaus bleibt dieser Signalweg über längere Zeit an – eigentlich über den ganzen Regenerationszeitraum.

Sprecher

In einem Experiment hat Kerstin Bartscherer dann in der normalen Hausmaus den Signalweg so aktiviert, dass er nicht gleich wieder zu Ende war – und: die normale Hausmaus hatte tatsächlich eine bessere Wundheilung und vor allem: eine flexiblere Narbe. Die Proteine, die diese Narbe bilden, sind anders als sonst. Kerstin Bartscherer schaut sich das Genom der Stachelmaus genauer an, um den großen Unterschied zu finden. Wieso geht das bei der Stachelmaus so gut?

29 OT Kerstin Bartscherer

Wir haben auch schon einige Dinge gefunden, die eventuell wichtig sein könnten, dass wir bestimmte Proteine, die jetzt nur in den Stachelmäusen aktiviert werden, dass wir die dann eben auch benutzen können, um narbenfreie Regeneration im Menschen anzukurbeln. Und das ist das Hauptziel unserer Forschung.

MUSIK 10 (Z8038054114 Daniel Backes: Hauschka: Detached 1’05)

Sprecher

Doch die Stachelmaus kann noch mehr: sie kann nach einer Verletzung das Rückenmark regenerieren – und Herzinfarkte sehr gut überleben. Denn auch nach einem Infarkt entstehen Narben am Herzmuskel. Beim Menschen verursacht das große Probleme. Bei der Stachelmaus ist das nicht so. Denn ihre Narbe ist anders zusammengesetzt.

30 OT Kerstin Bartscherer

Das ist jetzt noch nicht publiziert, aber wir können zeigen, dass die Narbe in den Stachelmäusen ganz andere Eigenschaften hat, die ist viel weicher, viel flexibler. Wir glauben, dass das eventuell das Geheimnis ist, warum Stachelmäuse damit so gut zurechtkommen, sodass eben das Herz immer noch funktionieren kann. Das ist ein super neuer Ansatz.

Sprecher

Den Kerstin Bartscherer weiterverfolgen möchte. Sie ist sich sicher: Die Humanmedizin wird eines Tages davon profitieren können. Und zwar in naher Zukunft.

MUSIK Ende

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Winkerkrabben können ihren Arm abwerfen und nachwachsen lassen. Süßwasserpolypen machen das sogar mit ihrem Kopf, wenn er ihnen abgerissen wird. Der kanadische Waldfrosch kann sich nach dem Tod wieder selbst beleben. Bei minus zehn Grad gefriert das Wasser in seinem Körper, die Atmung setzt aus, das Herz hört auf zu schlagen. Nach einigen Wochen taut er wieder auf, wird wieder lebendig. Und es geht noch extremer: Ein Plattwurm kann in 200 Teile zerlegt werden – um zu 200 neuen und gesunden Tieren heranzuwachsen.

01 OT Kerstin Bartscherer

Da hab ich zufällig ein Video angeschaut von diesen Plattwürmen und hab gesehen, wie die den Kopf regenerieren, wenn man den abschneidet. Ich war so fasziniert davon, weil ich davor eigentlich noch nie was davon gehört hatte, und hab dann beschlossen, mit denen zu arbeiten als Postdoc, nach der Doktorarbeit. Das war eigentlich reine Faszination und das Interesse an diesem Regenerationsprozess.

MUSIK 2 (Z8038054114 Daniel Backes: New Method Reduced 1 0‘50)

Sprecher:

Regeneration. Die Fähigkeit, abgerissene Körperteile, zerstörte Zellen und kaputte Organe aus sich selbst heraus zu heilen und zu erneuern. Gar nicht so wenige Tiere haben sie – in einem Ausmaß, wie es für den Menschen kaum vorstellbar ist. Wissenschaftler verstehen zunehmend besser, wie Tiere das schaffen. Und sie haben ein großes Ziel: Diese Erkenntnisse auf den Menschen zu übertragen.

02 OT Kerstin Bartscherer

Unrealistisch ist das auf gar keinen Fall. Ich finde das sehr realistisch je mehr ich mich jetzt mit dieser Regenerationsfähigkeit beschäftige, umso mehr bin ich überzeugt, dass das wirklich in Zukunft gehen wird, dass wir solche Regeneration hinbekommen können.

Sprecher:

Professor Kerstin Bartscherer baut derzeit an der Universität Osnabrück ein Lab auf, um erstmals an menschlicher Haut ihre Erkenntnisse zu testen – und um das, was sie an Plattwürmen und Stachelmäusen beobachtet hat, auf den Menschen zu übertragen. Angefangen hat alles mit den Plattwürmern. 2007.

03 OT Kerstin Bartscherer

Wir haben das erstmal so angefangen, dass wir erstmal verstehen wollten, welche Gene da aktiviert werden im Regenerationsprozess. Wir haben den Wurm in Stücke geschnitten und aus jedem Stück regeneriert dann wieder ein eigenes Tier.

Sprecher:

Die Molekularbiologin hat dann die DNA der zerschnittenen Plattwürmer – auch Planarien genannt – untersucht und mit der von unzerschnittenen verglichen und so Gene gefunden, die im Regenerationsprozess aktiviert sind. Damit konnte sie dann experimentieren.

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Wir haben uns angeguckt, in welchen Zellen werden die aktiviert und in Planarien, was man da so gut machen kann, man kann Gene gezielt ausschalten und dann schauen: Welchen Effekt hat jetzt dieser Knockdown von diesem Gen auf die Regeneration? Und so haben wir eben einige Gene gefunden, die an der Regeneration beteiligt sind.

MUSIK 3 (Z8039716122 Louis Edlinger / Tony Delmonte: Spread The Idea (Reduced) 0‘55)

Sprecher

Plattwürmer sind recht einfach gebaute, wurmförmige Organismen – das macht sie für die Forscher so interessant. Denn ihre Einfachheit macht es möglich, einen so komplexen Prozess wie den der Regeneration gut untersuchen zu können. 30.000 verschiedene Arten von Plattwürmen gibt es. Es sind in der Regel Räuber und Parasiten – Bandwürmer fallen zum Beispiel darunter. Die Tiere sind asexuell, das heißt: Sie vermehren sich, indem sie einfach in der Mitte auseinanderbrechen. Dem hinteren Teil wächst dann ein Kopf, dem vorderen ein Schwanz. Dass sich Plattwürmer so gut selbst heilen können, wenn sie stark verletzt werden, könnte also ein „Nebenprodukt“ ihrer Fortpflanzungsstrategie sein, vermuten die Wissenschaftler.

05 OT Kerstin Bartscherer

Was den Plattwurm besonders macht, dass er diese Stammzellen hat, die sich tatsächlich in sämtliche Körperzellen spezialisieren können. Solche Stammzellen haben wir nicht, das ist eine besondere Eigenschaft. Es reicht aber nicht, nur Stammzellen zu haben, es muss auch ein bestimmtes Koordinatensystem geben im Körper, weil die Stammzellen ja auch instruiert werden müssen, zu was sie sich entwickeln sollen. Sollen die eine Nervenzelle im Gehirn werden oder eine Darmzelle oder eine Hautzelle?

Sprecher

Für die Regeneration braucht der Plattwurm also Baumaterial, um etwas aufbauen zu können. Das sind die Stammzellen. Er braucht aber auch einen Bauplan.

06 OT Kerstin Bartscherer

Da wissen wir mittlerweile, dass dieser Bauplan in den Muskelzellen unter der Haut liegt, also praktisch jede Muskelzelle entlang der Körperachse hat ein unterschiedliches Set von Genen aktiviert. Und so können die Muskelzellen dann den Stammzellen sagen, wo im Gewebe sie sich gerade befinden.

Sprecher

Das heißt: Nur wenn der Signalweg stimmt, wenn die Information über den Ort der Verletzung korrekt weitergeleitet wird, „versteht“ auch die Stammzelle, in welche Art von Gewebe, Organ oder Körperteil sie sich umwandeln soll. Diese Signalwege hat Kerstin Bartscherer näher untersucht und erstmals verstanden. Um ihre Theorie vom Signalweg zu überprüfen, hat sie in einem Laborversuch die Plattwürmer etwas manipuliert.

MUSIK 4 (Z8046179104 Hauschka: Detached 0’50)

07 OT Kerstin Bartscherer

Wenn man zum Beispiel diesen Signalweg ausschaltet, dann bildet sich an jeder Wunde ein Kopf – also, die Stammzellen denken dann: hier muss ein Kopf gebildet werden, weil eben diese positionale Information schiefläuft.

Sprecher

Und es wachsen Köpfe, wo eigentlich gar keine hingehören. Die Molekularbiologin konnte schlussendlich dann auch mit ihrem Team herausfinden, was im Plattwurm der Auslöser für die Regeneration ist: die Wundsignale. Also die Signale, die bei einer Hautverletzung im Körper ausgelöst werden.

Diese so genannten pluripotenten Stammzellen klingen wie eine Zauberwaffe im Kampf gegen den Tod. Aber so einfach ist das nicht, zumindest nicht, wenn man an den Menschen denkt.

09 OT Kerstin Bartscherer

Es ist die Frage, ob das so ein Riesenfortschritt wäre. Wenn wir jetzt Zellen haben, die sich ständig im Körper teilen, dann kann das natürlich auch was kosten. Und da meine ich jetzt zum Beispiel, dass wir dann auch vielleicht Krebs bilden können, weil sich die Zellen unkontrolliert teilen können. Also es ist nicht so, dass das einfach for free kommt, diese Regeneration.

Sprecher

Jetzt ist der Wurm aber ein Wurm – und kein Mensch. Bis sich die Erkenntnisse über Regeneration auf Säugetiere übertragen lassen, ist es ein langer Weg in der Wissenschaft. Der erste Schritt in diese Richtung war für Kerstin Bartscherer eine Kooperation mit Forschern aus Ulm, bei der sie ihr Wissen über Plattwürmer bei Fischen anwenden konnte.

11 OT Kerstin Bartscherer

Also konnten wir diese Ergebnisse praktisch auf Wirbeltiere übertragen. Das war ein ziemlich guter Erfolg für uns, um das mal zu zeigen, dass man tatsächlich auch Ergebnisse aus Plattwürmern weitertragen kann in Wirbeltiere. Und ich hatte irgendwie das Bedürfnis, jetzt einen Schritt weiterzugehen und an einem Tier zu arbeiten, wo ich dann auch tatsächlich was für den Menschen finden kann. Das ist mir in den letzten Jahren immer wichtiger geworden.

MUSIK 5 (Z8046179105 Hauschka: Limitation Of Lifetime 0’58)

Sprecher

Kerstin Bartscherer wechselte von den Plattwürmern zur Stachelmaus. Und Experimente, die an Mäusen gelingen, lassen sich oft in weiterer Forschung dann auch irgendwann auf den Menschen übertragen.

Ein Mensch oder eine Maus – das sind Lebensformen, die es noch nicht so lange auf der Welt gibt – denkt man in den Zeitspannen der Evolution. Die allerersten Wirbeltiere sind vor rund 480 Millionen Jahren entstanden. Süßwasserfische oder auch Amphibien beispielsweise. Diese Arten gibt es nach wie vor. Das bedeutet: Sie haben sich über hunderte von Millionen Jahren weiterentwickelt. Recht auffällig ist, dass unter den Meerestieren und auch Amphibien etliche Arten existieren, die erstaunliche Fähigkeiten haben, sich zu regenerieren. Ein Zufall?

12 OT Javidpour

Viele Meeresbewohner zeigen diese Fähigkeit, weil sie sehr alt sind und sich daher sehr gut angepasst haben.

Sprecher

Jamileh Javidpour ist Meeresökologin; sie hat 17 Jahre lang am GEOMAR in Kiel geforscht, unter anderem zu den Rippenquallen.

13 OT Javidpour

Die Rippenqualle ist ein besonderes Tier, weil – wenn man die Rippenqualle in Hälften schneidet, aber auch zu einem Viertel – dann können sie alle Teile regenerieren, inklusive Schirm, Körperteile, aber auch Organe und Magenteile. Und sie sind auch sehr schnell. Innerhalb von maximum zwei Wochen von einer Hälfte des Körpers kann ein komplettes Tier stattfinden.

Sprecher

Für den Lebensraum der Rippenqualle entscheidend zum Überleben.

14 OT Javidpour

Besonders im Meer, wo die Bedingungen rau und rough sind, können viele Verletzungen stattfinden. Es gibt viele Raubtiere, in dem die Fähigkeit, ein Teil des Körpers zu opfern, um den Jägern zu entkommen, präsent ist.

MUSIK 6 (Z8046179107 Hauschka: Science 1’28)

Sprecher

Über Quallen ist bis vor wenigen Jahren gar nicht viel geforscht worden. Sie wurden für recht simpel und uninteressant gehalten. Doch seit der Klimawandel einige Arten sich über die Maßen hat ausbreiten lassen, so sehr, dass diese Vermehrung ökologisch an manchen Orten sogar zum Problem geworden ist, ist das Interesse der Forschung geweckt.

15 OT Javidpour

Wir haben die Rippenqualle Mnemiopsis leidyi untersucht. Wir haben uns gefragt, wie kann es sein, dass ein so einfaches Tier wie die Rippenqualle einen Weg von der amerikanischen Ostküste nach Europa findet und dazu sehr erfolgreich sich ausbreitet.

Sprecher

Mnemiopsis leidyi. Die amerikanische Rippen-Qualle, auch ‚Meer-Walnuss‘ genannt wegen ihrer bräunlichen Färbung. Dabei war für die Kieler Forscher vor allem interessant, ob es der Rippenqualle bei ihrer invasiven Ausbreitung hilft, dass sie sich so gut regenerieren kann. Denn die Reise in andere Meere ist beschwerlich – sie erfolgt oft über Schiffstanks. Die Quallen hungern, müssen eine Zeit unter sehr widrigen Bedingungen ausharren, und viele von ihnen werden durch die Pumpen in den Schiffen verletzt. Das Überleben zwar nicht alle Tiere, aber für die Art insgesamt ist das kein Hindernis.

16 OT Javidpour

Wir haben herausgefunden, dass gute Bedingungen, zum Beispiel vorhandenes Futter, sehr wichtig sind, um die Regeneration weiter zu treiben oder schneller zu haben. Aber auch unter schlechten Bedingungen ist ein Teil der Population wieder fähig, sich zu regenerieren und als komplettes Tier rauszugehen.

Sprecher

Die Regeneration bei der Qualle zu verstehen, bedeutet für die Wissenschaft jedoch noch mehr als nur ihre Ausbreitung zu erklären. Für Jamileh Javidpour hat die Rippen-Qualle eine interessante Stellung in der Evolution:

17 OT Jamileh Javidpour 13s

Durch genetische Untersuchungen hat man festgestellt, dass die Rippenquallen eine Schlüsselposition innehaben in unserem „tree of life“, unserem tierischen Stammbaum.

Sprecher

Anders als lange vermutet, ist die Qualle mitnichten eine evolutionäre „Sackgasse“. Im Gegenteil: Die Qualle könnte sogar ein Schlüsseltier in unserem Stammbaum sein, das ist derzeit die Annahme.

18 OT Jamileh Javidpour 16s

Daher stehen wir am Anfang einer großen Forschungsära, um von der Qualle zu lernen, und einen Heilungsprozess für andere Tiere, inklusive Menschen anbieten.

MUSIK 7 (Z8046179110 Hauschka: Magnanimity 1’15)

19 OT Max Yun

OVERVOICE Weiblich

Ich war fasziniert von der außerordentlichen Fähigkeit zur Regeneration und noch etwas ist sehr bemerkenswert: Dass diese Wirbeltiere einfach nicht altern. Es war für mich wirklich ein großes Rätsel, das ich lösen wollte.

Sprecher

Der Axolotl. Ein mexikanischer Schwanzlurch, der Zeit seines Lebens im Wasser bleibt. Weil er die Metamorphose von der Larvengestalt hin zum Salamander nicht vollzieht. Er wird nur größer – und schaut dann aus wie ein kleiner Wasserdrache. Oder eben: Wie eine Mega Larve. Optisch altert er also nicht, aber auch seine Körperfunktionen bleiben ewig jung:

20 OT Max Yun

Typical signs of aging that occur is erosion of bones, for example….

Sprecher

Seine Knochen bleiben stabil und seine Muskeln bauen nicht ab. Selbst als Greis ist der Axolotl weiter fortpflanzungsfähig und die Organe funktionieren. Abnutzung: Kennt diese Amphibie nicht.

21 OT Max Yun – frei stehen lassen

None of theses things have ever been seen in our salamanders.

Sprecher

Seit 2009 arbeitet Dr. Max Yun daran, Stück für Stück dieses Rätsel zu knacken: Was im Axolotl ist dafür verantwortlich, dass sein Körper nicht altert? Max Yun forscht dazu an der TU Dresden am Zentrum für Regenerative Therapien und für das Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik. Sie steht mit ihrer Forschungsfrage in einer langen Tradition, was die Salamander angeht. Seit dem 18. Jahrhundert wollen Wissenschaftler das herausfinden, was auch Max Yun umtreibt.

22 OT Max Yun

OVERVOICE Weiblich

Jedoch: Erst seit einem guten Jahrzehnt ist es möglich geworden, wirklich herauszufinden, was auf Zellebene und auf molekularer Ebene abläuft in den Tieren. Denn: Jetzt erst haben wir die Fähigkeit, uns das Genom der Salamander anzuschauen, wir können herausfinden, welche Gene im Axolotl für seine Fähigkeiten verantwortlich sind. Und das war in der Vergangenheit natürlich nicht möglich.

Sprecher

Max Yun hat in ihrem Labor eine Axolotl-Kolonie, die Tiere in allen Altersphasen umfasst.

23 OT Max Yun

OVERVOICE weiblich

Wir haben einige interessante Dinge herausgefunden, was die so genannten seneszenten Zellen angeht. Das sind gealterte Zellen, Zombie-Zellen, die großen Schaden und Stress im Körper verursachen. Eigentlich werden sie eliminiert, aber wenn wir altern, häufen sie sich im Körper an. In der Haut, im Herz, in der Leber. Und die sind dann Treiber von vielen Alters-Krankheiten. Bei den Salamandern haben wir herausgefunden, dass sie eben gerade nicht solche Zombie-Zellen anhäufen. Das ist sehr speziell. Wie geht das? Nun, sie haben eine sehr effiziente Methode, sie aus dem Weg zu räumen. Das hat mit Fress-Zellen zu tun, die Teil des Immunsystems sind.

Sprecher

Da Axolotl in ihrer ersten Lebensphase halb durchsichtig sind, kann Max Yun bestimmte innere Vorgänge im Tier ganz einfach beobachten, indem sie die Zellen so markiert, dass sie unter UV-Licht sichtbar werden. Doch der Axolotl eliminiert nicht nur einfach das Alter.

24 OT Max Yun

OVERVOICE weiblich

Salamander sind sehr berühmt dafür, ihre Körperteile wieder nachwachsen zu lassen. Auch innere Organe wie die Niere oder auch die Augenlinse. Und am beeindruckendsten finde ich, dass sie große Teile ihres Gehirns regenerieren können. Wir haben erst kürzlich herausgefunden, dass die Tiere ihren kompletten Thalamus neu bilden können – also einen großen Teil des Zwischenhirns, den man fürs Immunsystem braucht.

MUSIK 8 (Z8046179105 Hauschka: Limitation Of Lifetime 0’35)

Sprecher

Warum kann der Salamander das? Normalerweise sind im Körper ausgereifte Zellen spezialisierte Zellen. Zum Beispiel in der Lunge haben sie ganz bestimmte Aufgaben. Für eine Muskelfaser haben sich die Zellen ganz anders spezialisiert. Zell-Differenzierung nennt sich das. Normalerweise können sich spezialisierte Zellen auch nicht mehr zurückverwandeln. Anders beim Axolotl.

25 OT Max Yun

OVERVOICE weiblich

In einer Sache ist er wirklich gut: in der Zelldifferenzierung. Die Zellen können zurückfallen in ein früheres Stadium und sich dann wieder vermehren – und auch zu einer anderen spezialisierten Zelle dann werden. Trans-Differenzierung heißt das. Wir glauben, das ist vermutlich einer der Gründe, weshalb Salamander so gut regenerieren können und wir nicht.

Sprecher

Um diese Prozesse besser verstehen zu können, sind Max Yun und ihre Kollegen dabei, Moleküle aufzudecken, die dabei eine Rolle zu spielen.

26 OT Max Yun

OVERVOICE weiblich

Das ist wie ein großes Puzzle. Wir haben einige Teile schon, aber noch längst nicht das ganze Bild. Aber darauf arbeiten wir hin.

MUSIK 9 (Z8039716102 Louis Edlinger / Tony Delmonte: Tech Questions (Reduced) 0‘20)

Sprecher

Auch mit der Idee, die Erkenntnisse womöglich auf den Menschen übertragen zu können.

Kerstin Bartscherer will diesen Schritt jetzt an der Uni Osnabrück gehen. Ihr Wissen über die Regeneration beim Plattwurm und der Stachelmaus übertragen auf den Menschen.

27 OT Kerstin Bartscherer

Die Stachelmäuse sind da eben sehr geeignet, weil sie Haut narbenfrei regenerieren können, richtig große Regionen von Haut. Ich kenn kein anderes Tier, das das kann, zum Beispiel 70 Prozent des Rückenfells komplett regenerieren zu können. Das war eigentlich dann der Grund mit den Stachelmäusen zu arbeiten, weil ich was finden wollte, was den Menschen am Ende auch hilft.

Sprecher

Ihre Vision: Menschen, die beispielsweise schwere Verbrennungen haben und große Teile der Haut verloren haben, helfen. Die transplantierte Haut soll möglichst narbenfrei verheilen. Seit 2019 untersucht Kerstin Bartscherer daher die afrikanische Stachelmaus. Sie sieht unserer Hausmaus ähnlich, nur, dass sie hellbraun ist und borstig. Wenn eine Schlange sie verspeisen will und zubeißt, hat sie die Fähigkeit, ihre Haut am Rücken abzuwerfen. Danach regeneriert sie vollständig, sieht wieder aus wie vorher. Wie das gehen kann, interessiert Kerstin Bartscherer. Hat die Stachelmaus eine Wunde, kann die Biologin folgenden Prozess beobachten:

28 OT Kerstin Bartscherer

Wir haben eine Zelle, die schüttet ein Signal aus und dieses Signal bindet dann an die anderen Zellen und löst dort eine Reaktion aus, dann wird da so eine Signalkaskade in Gang gesetzt aus verschiedenen Proteinen, bis dann am Ende im Zellkern bestimmte Gene aktiviert werden. Der Unterschied, wenn wir das jetzt vergleichen mit einer normalen Hausmaus, die nicht regenerieren kann, dann konnten wir zeigen, dass dieser Signalweg auch in der Maus angeschaltet wird durch eine Wunde. Er wird aber relativ schnell wieder ausgeschaltet. Und in der Stachelmaus bleibt dieser Signalweg über längere Zeit an – eigentlich über den ganzen Regenerationszeitraum.

Sprecher

In einem Experiment hat Kerstin Bartscherer dann in der normalen Hausmaus den Signalweg so aktiviert, dass er nicht gleich wieder zu Ende war – und: die normale Hausmaus hatte tatsächlich eine bessere Wundheilung und vor allem: eine flexiblere Narbe. Die Proteine, die diese Narbe bilden, sind anders als sonst. Kerstin Bartscherer schaut sich das Genom der Stachelmaus genauer an, um den großen Unterschied zu finden. Wieso geht das bei der Stachelmaus so gut?

29 OT Kerstin Bartscherer

Wir haben auch schon einige Dinge gefunden, die eventuell wichtig sein könnten, dass wir bestimmte Proteine, die jetzt nur in den Stachelmäusen aktiviert werden, dass wir die dann eben auch benutzen können, um narbenfreie Regeneration im Menschen anzukurbeln. Und das ist das Hauptziel unserer Forschung.

MUSIK 10 (Z8038054114 Daniel Backes: Hauschka: Detached 1’05)

Sprecher

Doch die Stachelmaus kann noch mehr: sie kann nach einer Verletzung das Rückenmark regenerieren – und Herzinfarkte sehr gut überleben. Denn auch nach einem Infarkt entstehen Narben am Herzmuskel. Beim Menschen verursacht das große Probleme. Bei der Stachelmaus ist das nicht so. Denn ihre Narbe ist anders zusammengesetzt.

30 OT Kerstin Bartscherer

Das ist jetzt noch nicht publiziert, aber wir können zeigen, dass die Narbe in den Stachelmäusen ganz andere Eigenschaften hat, die ist viel weicher, viel flexibler. Wir glauben, dass das eventuell das Geheimnis ist, warum Stachelmäuse damit so gut zurechtkommen, sodass eben das Herz immer noch funktionieren kann. Das ist ein super neuer Ansatz.

Sprecher

Den Kerstin Bartscherer weiterverfolgen möchte. Sie ist sich sicher: Die Humanmedizin wird eines Tages davon profitieren können. Und zwar in naher Zukunft.

MUSIK Ende

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