Wie sich Muskeln heilen

Dresden - Wie sich der Bizeps anspannt, ist heute kein Geheimnis mehr. Verantwortlich sind sogenannte Myofibrillen in jeder Muskelzelle, die sich zeitgleich zusammenziehen. Deren Entstehung geht ein internationales Forschungsteam der TU Dresden jetzt auf die Spur. 

Jede der sogenannten Fibrillen stellt ein exaktes Muster us Hunderten gleichen Einheiten dar, diese bestehen aus verschiedenen Eiweismolekülen. Wie sich aber diese einzelnen Bausteine während der Embryonal-Entwicklung oder bei Heilungsprozessen wie von selbst zu hoch-regulären Mustern anordnen, ist bisher nicht verstanden.

Ein interdisziplinäres Team unter Beteiligung des TUD-Physikers Dr. Benjamin Friedrich (Center for Advancing Electronics Dresden – cfaed) hat nun beim „Human Frontier Science Program“ einen Forschungsauftrag eingeworben, um dieser Frage nachzugehen.

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Jede willkürliche Bewegung, jedes Drehen des Kopfes oder Heben eines Arms, erfordert die koordinierte Kontraktion von Muskeln. Das Zusammenziehen eines Muskels entsteht, in dem sich in jeder einzelnen Muskelzelle sogenannte Myofibrillen gleichzeitig zusammenziehen. Wenn die Funktion dieser mikroskopischen Myofibrillen gestört ist, hat dies schwerwiegende Krankheiten wie Muskelschwächen zur Folge. Trotz der medizinischen Bedeutung der Myofibrillen ist noch nicht verstanden, wie diese komplizierten Kraftmaschinen im Körper zusammengebaut werden.

Um diesem Geheimnis auf die Spur zu kommen, braucht es die Zusammenarbeit von verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen. Ein interdisziplinäres Team unter der Führung des Biologen Frank Schnorrer (Developmental Biology Institute of Marseille – IBDM), sowie des Mediziners Olivier Pourquie (Harvard Medical School) und des Physikers Benjamin Friedrich (Center for Advancing Electronics Dresden – cfaed, TU Dresden) wurde nun vom international agierenden „Human Frontier Science Program“ mit einem Forschungsauftrag ausgezeichnet, um dieser Frage nachzugehen. Der Auftrag ist mit einem Volumen von über einer Million US-Dollar dotiert, die Laufzeit beträgt drei Jahre.

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Die Gruppe um Frank Schnorrer wird am Modellorganismus der Fruchtfliege die einzelnen Stadien der Musterbildung verfolgen. Die Fruchtfliegen sind genetisch verändert, so dass einzelne Moleküle sichtbar gemacht werden können, oder aber auch gezielt ausgeschaltet werden können. Zum Einsatz kommen sollen dabei auch neuartige Biomoleküle, die fluoreszent aufleuchten, wenn sie unter mechanische Spannung gesetzt werden und es so erlauben, winzige Kräfte präzise zu vermessen.

Oliver Pourquies Team wiederum verwendet menschliche Stammzellen, die in der Petrischale zu Muskelzellen differenziert werden. Damit ist es möglich, die an der Fruchtfliege gewonnen Erkenntnisse direkt an Säugetier-Zellen zu testen, ohne dass Tierexperimente nötig sind.