Ken Muneoka staat bekend om het opschudden van het onderzoeksveld rondom regeneratie. In een baanbrekend artikel uit 2019, gepubliceerd in Nature, bewees de Texas A&M University professor van de faculteit Diergeneeskunde en Biomedische Wetenschappen dat gewrichtsherstel bij zoogdieren mogelijk is.
Zijn onderzoeksteam stelt nu opnieuw lang bestaande ideeën over de onderliggende wetenschap ter discussie, dit keer met betrekking tot hoe zoogdieren beschadigde lichaamsdelen kunnen herstellen.
Bij mensen kunnen slechts enkele organen, zoals de lever, en bepaalde weefsels, zoals de epidermis, de bovenste huidlaag, van nature regenereren.
Andere soorten, vooral salamanders, hebben het vermogen om complexe delen, zoals botten, gewrichten en zelfs hele ledematen, te herstellen. Daarom bestuderen onderzoekers al meer dan 200 jaar deze dieren om de processen achter de regeneratie van ledematen te begrijpen, met de hoop die principes op een dag te kunnen toepassen voor uitgebreider herstel bij mensen.
Dankzij dit onderzoek is de heersende opvatting nu dat de aanwezigheid van zenuwen de belangrijkste factor is in het regenereren van ledematen.
Alvast 5 van de belangrijkste punten
- Nieuwe onderzoeken tonen aan dat zenuwen niet essentieel zijn voor regeneratie bij zoogdieren.
- Mechanische belasting blijkt een cruciale factor te zijn voor herstel.
- Deze inzichten veranderen de kijk op hoe regeneratie toegepast kan worden in de geneeskunde.
- Onderzoeker Ken Muneoka heeft eerdere aannames over regeneratie uitgedaagd.
- De resultaten kunnen leiden tot nieuwe benaderingen in medische behandelingen voor mensen.
Volgens twee recente studies van Muneoka geldt dit mogelijk voor salamanders en andere soorten, maar niet voor zoogdieren. Het eerste onderzoek, gepubliceerd in 2021 in het Journal of Bone and Mineral Research, bewees dat zoogdieren mechanische belasting nodig hebben – het vermogen om kracht uit te oefenen op of met een aangetaste plek. Het tweede onderzoek, onlangs gepubliceerd in Developmental Biology, bewees dat regeneratie niet wordt gehinderd door een gebrek aan zenuwen.
Deze bevindingen samen vormen een aanzienlijke verschuiving in de kijk op hoe regeneratie kan werken in de geneeskunde.
“Wat deze twee studies laten zien, weerlegt de eeuwenoude opvatting dat zenuwen noodzakelijk zijn voor regeneratie,” zei Muneoka. “Bij zoogdieren blijkt mechanische belasting essentieel te zijn, niet de aanwezigheid van zenuwen.”
Het belang van mechanische belasting
Wetenschappers dachten lange tijd dat er twee dingen aanwezig moesten zijn in een aangedaan gebied om regeneratie bij zoogdieren op gang te brengen. De eerste vereiste zijn groeifactoren, moleculen die cellen kunnen stimuleren om delen van het lichaam opnieuw te laten groeien en te herstellen.
Bij natuurlijke regeneratie worden deze groeifactoren, die per soort en per gebied verschillen, door het lichaam zelf aangemaakt. Voor regeneratie bij mensen moeten deze groeifactoren aan het gebied worden toegevoegd.
Verklarende woordenlijst
- Epidermis: De bovenste laag van de huid bij mensen.
- Zoogdieren: Groep van dieren die melk produceren en meestal levende jongen baren.
- Groeifactoren: Moleculen die cellen stimuleren om weefsels of organen te herstellen.
- Mechanische belasting: Fysieke kracht die op een lichaamsdeel wordt uitgeoefend.
- Regeneratie: Het proces waarbij lichaamsdelen opnieuw worden gevormd.
Het tweede element waarvan men dacht dat het essentieel was, waren zenuwen. Dit idee kwam voort uit eerdere onderzoeken naar regeneratie bij zoogdieren, vaak gericht op gebieden zonder zenuwen, zoals vingertoppen, waar de hele ledematen ook niet meer bruikbaar waren.
De uitkomsten van die onderzoeken waren zoals verwacht: wanneer groeifactoren werden toegevoegd, vond geen regeneratie plaats, wat leidde tot de conclusie dat, net als bij andere soorten, zenuwen noodzakelijk zijn voor regeneratie.
Maar het belang van mechanische belasting werd hierbij over het hoofd gezien.
In hun studies besloten Muneoka en collega’s een stap terug te doen en de vraag te stellen: “Zijn het echt de zenuwen, of speelt het gebrek aan mechanische belasting ook een rol?”
Connor Dolan, een voormalig promovendus in het lab van Muneoka en eerste auteur van beide nieuwe studies (nu werkzaam bij het Walter Reed National Military Medical Center), bedacht een manier om de noodzaak van zenuwen bij zoogdieren te testen, geïnspireerd door astronauten.
De techniek, genaamd “achterpoot-ophanging”, is al tientallen jaren in gebruik bij NASA en andere wetenschappers om te testen hoe zoogdieren reageren op omgevingen zonder zwaartekracht. Een soortgelijk proces wordt toegepast bij medische ingrepen om te voorkomen dat grote dieren gewicht zetten op aangetaste ledematen.
“Dolan ontdekte dat wanneer de ledematen werden opgehangen, zelfs al hadden ze nog zenuwen en konden ze bewegen, ze geen druk op hun ledematen konden uitoefenen waardoor de vingertoppen niet regenereerden,” zei Muneoka. “Dit remde de regeneratie volledig.”
Maar zodra de mechanische belasting terugkeert, herstelt de regeneratie zich.
“Tijdens de ophanging gebeurt er helemaal niets,” zei Muneoka. “Maar zodra de belasting terugkomt, is er een vertraging van een paar weken, waarna de regeneratie begint.”
Deze eerste stap bewees dat zelfs al zijn zenuwen mogelijk vereist, mechanische belasting een cruciale factor is in regeneratie.
Door het onderzoek verder te ontwikkelen, toonde Dolans tweede publicatie aan dat zenuwen niet vereist zijn door te laten zien dat als een muis geen zenuwen heeft in één van zijn vingers, maar wel in de andere – zodat het nog steeds kracht uitoefent op de aangedane vinger – die vinger toch regenereert.
“Hij ontdekte dat de regeneratie iets langzamer verliep, maar de vinger regenereerde normaal,” zei Muneoka.
Gevolgen van het Onderzoek
Muneoka benadrukt dat hun studies niet beweren dat eerder onderzoek fout is, maar dat het niet direct van toepassing is op mensen.
“Er zijn meerdere onderzoeken met salamanders die bewijzen dat wanneer je de zenuwen verwijdert, ze niet regenereren,” zei Muneoka. “Onderzoekers hebben ook groeifactoren kunnen toedienen waarvan bekend is dat ze door zenuwen worden geproduceerd om regeneratie te stimuleren.
“Dus salamanders hebben waarschijnlijk wel zenuwen nodig om te regenereren,” zei hij. “Maar als we ledematen bij mensen willen regenereren, zal het waarschijnlijk meer lijken op wat er bij muizen gebeurt.”
Sinds hij meer dan 20 jaar geleden met regeneratie begon, hebben Muneoka’s ideeën regelmatig de algemeen geaccepteerde theorieën over regeneratie uitgedaagd. Hij zei dat het bijna drie jaar duurde om deze twee artikelen gepubliceerd te krijgen, omdat ze oorspronkelijk probeerden ze samen in te dienen.
“Veel wetenschappers staan terughoudend tegenover dit idee,” zei hij. “Veel carrières zijn echt afhankelijk van studies over de rol van zenuwen in regeneratie. Als een studie beweert dat zenuwen voor mensen waarschijnlijk niet nodig zijn, zet dat het hele biomedische werk rondom regeneratie bij salamanders en vissen op losse schroeven.”
Een Blik op de Toekomst
Het idee dat zenuwen niet vereist zijn voor regeneratie bij zoogdieren lijkt misschien theoretisch. Tenslotte, wat zou het nut zijn van een hersteld ledemaat als iemand het niet kan voelen of bewegen door een gebrek aan zenuwen? In die zin blijven zenuwen een belangrijk deel van het geheel.
Vanuit Muneoka’s perspectief is de verandering echter dat zenuwen niet worden gezien als vereiste voor regeneratie, maar als iets dat ook hersteld moet worden.
Larry Suva, hoofd van de afdeling Dierfysiologie en Farmacologie (VTPP) bij CVMBS, zegt dat niemand eerder aandacht had voor het aspect van belasting.
“Denk aan een explosie waarbij een soldaat een stomp overhoudt,” zei Suva. “Tot deze studie dacht niemand aan de invloed van mechanische belasting als vereiste. Mensen zagen dat een ledemaat zonder zenuwen niet herstelde en dachten dat dit kwam door de doorsnijding van de zenuw, maar niemand bestudeerde het effect van mechanische belasting.”
Volgens Suva is de wetenschap vaak gericht op waar het meeste licht is.
“Ik werk aan botten, dus als ik een probleem zie, kijk ik naar het botprobleem,” zei hij. “Onderzoekers die aan zenuwen werken, richten zich uitsluitend op zenuwen. Het is zeldzaam dat iemand zoals Dr. Muneoka een stap terug doet en een bredere kijk neemt.”
“Dat is wat hij heeft toegevoegd aan dit idee en aan data van 200 jaar oud,” zei Suva. “We moeten nu door een andere lens naar regeneratie kijken, omdat we weten dat mechanische invloeden een cruciale rol spelen.”
Een uitkomst van onderzoek naar zenuwen is dat wetenschappers de groeifactoren die zenuwen produceren hebben kunnen nabootsen, waardoor regeneratie in salamanders gestart kon worden, zelfs zonder zenuwen. Suva zegt dat onderzoekers dankzij deze nieuwe bevindingen nu weten dat ze hetzelfde moeten doen met mechanische belasting om regeneratie bij zoogdieren te bevorderen.
“Wetenschappers hebben het lichaam al kunnen laten denken dat zenuwen nog aanwezig zijn,” zei hij. “Maar nu weten ze dat ze ook moeten doen alsof er mechanische belasting is, iets wat tot nu toe niet is gedaan.”
Omdat cellen anders reageren onder mechanische belasting, wordt die belasting op de een of andere manier biochemisch vertaald binnen de cel.
“Er zijn maar een paar laboratoria die de biochemische basis onderzoeken van wat mechanische belasting met een cel doet,” zei Muneoka. “Als we dat biochemische signaal begrijpen, kunnen we wellicht de fysieke kracht van belasting vervangen door een mix van moleculen die dezelfde signalen in de cellen creëert.”
De weg naar volledige menselijke regeneratie kan nog ver weg zijn, maar Suva zegt dat deze fundamentele verschuiving in het denken een belangrijke mijlpaal is op die weg.
“Regeneratie van een menselijk ledemaat lijkt misschien nog steeds sciencefiction, maar we weten er nu meer over, en we weten dat mechanische belasting samen met groeifactoren nodig is,” zei hij. “Dat verandert de manier waarop toekomstige wetenschappers en ingenieurs dit probleem zullen aanpakken.”
“Er zijn nog verschillende complexe problemen die moeten worden opgelost voordat het mogelijk is om volledige menselijke ledematen te regenereren, maar de bevindingen van Dr. Muneoka zijn een belangrijke volgende stap om ervoor te zorgen dat we de juiste problemen aanpakken.”
Geraadpleegde bronnen:
- “Mouse Digit Tip Regeneration Is Mechanical Load Dependent” door Connor P Dolan, Felisha Imholt, Tae-Jung Yang, Rihana Bokhari, Joshua Gregory, Mingquan Yan, Osama Qureshi, Katherine Zimmel, Kirby M Sherman, Alyssa Falck, Ling Yu, Eric Leininger, Regina Brunauer, Larry J Suva, Dana Gaddy, Lindsay A Dawson en Ken Muneoka, 16 november 2021, Journal of Bone and Mineral Research. DOI: 10.1002/jbmr.4470
- “Digit specific denervation does not inhibit mouse digit tip regeneration” door Connor P. Dolan, Felisha Imholt, Mingquan Yan, Tae-Jung Yang, Joshua Gregory, Osama Qureshi, Katherine Zimmel, Kirby M. Sherman, Hannah M. Smith, Alyssa Falck, Eric Leininger, Ling Yu, Regina Brunauer, Larry J. Suva, Dana Gaddy, Lindsay A. Dawson en Ken Muneoka, 31 maart 2022, Developmental Biology. DOI: 10.1016/j.ydbio.2022.03.007
Veelgestelde vragen
Wat is het belangrijkste inzicht uit Ken Muneoka’s onderzoek?
Ken Muneoka ontdekte dat mechanische belasting, en niet zenuwen, essentieel is voor regeneratie bij zoogdieren. Dit werpt nieuw licht op behandelmethodes voor herstel.
Welke rol speelt mechanische belasting bij regeneratie?
Mechanische belasting blijkt cruciaal omdat deze fysieke kracht een biochemisch signaal geeft, wat het regeneratieproces ondersteunt. Zonder deze belasting stagneert herstel.
Zijn zenuwen dan helemaal niet belangrijk voor regeneratie?
Hoewel zenuwen niet noodzakelijk blijken voor regeneratie, blijven ze wel belangrijk voor functies als gevoel en beweging. Ze dragen bij aan een volledig functioneel herstel.
Like ons op Facebook om meer artikelen zoals deze in je feed te zien verschijnen die je anders zou missen.
