Die Leber hat eine einzigartige Fähigkeit, sich nach einer Schädigung zu regenerieren. Es war jedoch bislang nicht bekannt, ob diese Fähigkeit mit zunehmendem Alter abnimmt. Wissenschaftler haben nun mit einer Technik, die als retrospektive Radiokohlenstoff-Geburtsdatierung bekannt ist, das Alter der menschlichen Leber bestimmt. Sie zeigten, dass die Leber unabhängig vom Alter des Menschen im Durchschnitt immer weniger als drei Jahre alt ist.
Die Ergebnisse zeigen, dass das Altern keinen Einfluss auf die Lebererneuerung hat, so dass die Leber ein Organ ist, das im Allgemeinen seine Zellen bei jungen und alten Menschen gleich gut ersetzt .Internationale Wissenschaftler unter der Leitung von Dr. Olaf Bergmann vom Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) an der TU Dresden verwendeten eine Technik, die als retrospektive Radiokohlenstoff-Geburtsdatierung bekannt ist, um das Alter der menschlichen Leber zu bestimmen.
Ständiger Austausch von Leberzellen
Die Leber ist ein wichtiges Organ, das für die Beseitigung von Giftstoffen in unserem Körper zuständig ist. Da sie ständig mit giftigen Stoffen zu tun hat, kann sie regelmäßig geschädigt werden. Um dies zu vermeiden, verfügt die Leber über die einzigartige Fähigkeit, sich nach einer Schädigung selbst zu heilen. Da sich die Fähigkeit des Körpers, sich selbst zu heilen und zu regenerieren, mit zunehmendem Alter reduziert, fragten sich die Wissenschaftler, ob auch die Fähigkeit der Leber, sich zu erneuern, mit dem Alter abnimmt.
Auch die Art der Lebererneuerung beim Menschen blieb ein Rätsel. Die Tiermodelle lieferten widersprüchliche Antworten. Einige Studien wiesen auf die Möglichkeit hin, dass Leberzellen langlebig sind, während andere einen konstanten Umsatz zeigten. Den Forschern war klar, dass sie, wenn sie wissen wollen, was beim Menschen passiert, einen Weg finden müssen, das Alter der menschlichen Leberzellen direkt zu bestimmen.
Das interdisziplinäre Team aus Biologen, Physikern, Mathematikern und Klinikern unter der Leitung von Dr. Bergmann analysierte die Leber mehrerer Personen, die im Alter zwischen 20 und 84 Jahren gestorben waren. Überraschenderweise stellte das Team fest, dass die Leberzellen aller Probanden mehr oder weniger das gleiche Alter hatten, im Durchschnitt knapp drei Jahre. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anpassung der Lebermasse an die Bedürfnisse des Körpers durch den ständigen Austausch von Leberzellen genau geregelt ist, und dass dieser Prozess auch bei älteren Menschen aufrechterhalten wird. Dieser ständige Austausch von Leberzellen ist für verschiedene Aspekte der Leberregeneration und der Krebsentstehung von Bedeutung.
Schutz vor der Anhäufung schädlicher Mutationen
Allerdings sind nicht alle Zellen in unserer Leber so jung. Ein Teil der Zellen kann bis zu 10 Jahre alt werden, bevor sie sich erneuern. Diese Unterpopulation von Leberzellen trägt mehr DNA als die typischen Zellen. Die meisten unserer Zellen haben zwei Chromosomensätze, aber einige Zellen akkumulieren mit zunehmendem Alter mehr DNA. Am Ende können solche Zellen vier, acht oder sogar mehr Chromosomensätze tragen.
Als die Forscher typische Leberzellen mit den DNA-reicheren Zellen verglichen, fanden sie grundlegende Unterschiede in ihrer Erneuerung. Typische Zellen erneuern sich etwa einmal im Jahr, während die DNA-reicheren Zellen bis zu einem Jahrzehnt in der Leber verbleiben können. Da dieser Anteil mit dem Alter allmählich zunimmt, könnte dies ein Schutzmechanismus sein, der uns vor der Anhäufung schädlicher Mutationen bewahrt. Wir müssen herausfinden, ob es ähnliche Mechanismen bei chronischen Lebererkrankungen gibt, die sich in einigen Fällen zu Krebs entwickeln können“.
Retrospektive Radiokohlenstoff-Geburtsdatierung
Die Bestimmung des biologischen Alters menschlicher Zellen ist eine enorme technische Herausforderung, da die üblicherweise in Tiermodellen verwendeten Methoden nicht auf den Menschen übertragen werden können. Die Gruppe von Dr. Bergmann hat sich auf die retrospektive Radiokohlenstoff-Geburtsdatierung spezialisiert, und verwendet diese Technik zur Bestimmung des biologischen Alters von menschlichem Gewebe. Kohlenstoff ist ein chemisches Element, das allgegenwärtig ist und das Rückgrat des Lebens auf der Erde bildet. Radiokohlenstoff ist eine von mehreren Arten von Kohlenstoff. Er kommt natürlich in der Atmosphäre vor. Pflanzen nehmen ihn durch Photosynthese auf, genau wie normalen Kohlenstoff, und geben ihn an Tiere und Menschen weiter. Radiokohlenstoff ist schwach radioaktiv und instabil. Diese Eigenschaften macht man sich in der Archäologie zunutze, um das Alter alter Proben zu bestimmen.
Laut Bergmann nutzen Archäologen den Zerfall von Radiokohlenstoff seit vielen Jahren erfolgreich, um das Alter von Proben zu bestimmen, zum Beispiel bei der Datierung des Turiner Grabtuchs. Der radioaktive Zerfall von Radiokohlenstoff ist sehr langsam. Er bietet eine ausreichende Auflösung für Archäologen, ist aber nicht geeignet, um das Alter menschlicher Zellen zu bestimmen. Trotzdem lässt sich Radiokohlenstoff in der Forschung nutzen.
Die in den 1950er Jahren durchgeführten oberirdischen Kernwaffentests brachten massive Mengen an Radiokohlenstoff in die Atmosphäre, in die Pflanzen und in die Tiere ein. Infolgedessen haben Zellen, die in dieser Zeit entstanden sind, höhere Mengen an Radiokohlenstoff in ihrer DNA. Nach dem offiziellen Verbot oberirdischer Kernwaffentests im Jahr 1963 begannen die Mengen an atmosphärischem Radiokohlenstoff zu sinken und damit auch die Mengen an Radiokohlenstoff, die in die tierische DNA eingebaut wurden. Die Werte von atmosphärischem und zellulärem Radiokohlenstoff stimmen sehr gut überein. Auch wenn es sich um vernachlässigbare Mengen handelt, die nicht schädlich sind, können die Forscher sie in Gewebeproben nachweisen und messen. Durch den Vergleich der Werte mit dem atmosphärischen Radiokohlenstoff lässt sich rückwirkend das Alter der Zellen bestimmen.
Ausblick
Die Bergmann-Gruppe erforscht auch jene Mechanismen, die die Regeneration anderer als statisch geltender Gewebe wie des Gehirns oder des Herzens steuern. Das Team hat bereits sein Fachwissen in der retrospektiven Radiokohlenstoff-Geburtsdatierung genutzt, um zu zeigen, dass die Bildung neuer Gehirn- und Herzzellen nicht auf die pränatale Zeit beschränkt ist, sondern das ganze Leben lang andauert. Derzeit untersucht die Gruppe, ob bei Menschen mit chronischen Herzkrankheiten noch neue Herzmuskelzellen gebildet werden können.
