Frontiers for Young Minds (Deutsch)

Struktur und Funktionen der Leber

Die Leber ist das größte Organ im Abdomen; es wiegt beim Menschen etwa 1,5 kg und ist in Abschnitten organisiert, die Lappen genannt werden . Die Leber ist wie eine große Fabrik, in der einige Moleküle produziert und andere zerstört werden, um die Energie zu erhalten, die der Körper benötigt, um zu arbeiten. Die Leber kann Energie speichern und während langer Fastenzeiten oder im Schlaf verwenden. Die Leber kann giftige Substanzen im Körper wie Alkohol, Medikamente oder Drogen durch die Produktion einer Substanz namens Galle (dieser Prozess wird als Entgiftung bezeichnet) entsorgen., Galle ist eine Art Saft, der als Reinigungsmittel wirkt, um bestimmte Substanzen abzubauen und Fette zu verdauen. Da es unmöglich ist, Wasser und Öl zu mischen, verwendet die Leber Galle, um Fetttropfen in einer „Blase“ zu fangen.“Die Struktur der Blasen ermöglicht es ihnen, durch die wässrige Umgebung des Körpers zu reisen. Nach der Produktion durch die Leber wird die Galle durch kleine Gefäße (Gallenkanalikuli) in den Hepatozyten zu einem nahe gelegenen Organ namens Gallenblase transportiert, dann in den Darm, wo Nährstoffe gewonnen werden, und dann geht es zurück in die Leber., Die Route, die Galle von der Leber zum Darm folgt, ist als Gallenbaum bekannt. Darüber hinaus wirkt die Leber als Teil des Immunsystems, da sie dem Körper hilft, gegen infektiöse Organismen zu kämpfen. Um all diese komplexen Aufgaben auszuführen, muss die Leber mehrere Zelltypen enthalten (Abbildung 1). Auf den ersten Blick hat die Leber eine tiefrote Farbe. Das liegt daran, dass es viele Blutgefäße oder Sinusoide enthält, die Blut aus dem Darm, der Milz und der Bauchspeicheldrüse transportieren., Die am häufigsten vorkommenden und größten Zellen der Leber sind die Hepatozyten, die Zellen, die bestimmte Moleküle produzieren und zerstören, um dem Körper Energie zu geben. Andere Zellen helfen der Leber zu arbeiten. Kupffer-Zellen sind die „Wächter“ – Zellen der Leber, die fremde Bakterien fressen. Die sternförmigen Leberstellenzellen speichern Vitamin A, das wie helle Tropfen in diesen Zellen aussieht. Hepatische Sternzellen helfen auch, die Proteine zu produzieren, die die Struktur der Leber bilden. Die sinusförmigen Endothelzellen bedecken die reichlich vorhandenen Blutgefäße der Leber.,

An dieser Stelle hoffe ich, dass Sie erkennen, dass die Leber ein wesentliches Organ ist; niemand kann ohne sie überleben. Die Leber hat interessante Mechanismen, um sich vor verschiedenen Verletzungen und Krankheiten zu schützen.

Was ist Leberregeneration?

Unter normalen Bedingungen sagen wir, dass die Leber ein ruhendes Organ ist. Dies bedeutet, dass Sie, wenn Sie es unter einem Mikroskop beobachten, nur eine Zelle unter Tausenden von Zellen finden können!, Wenn die Leber jedoch physisch geschädigt ist (z. B. eine Wunde) oder chemisch geschädigt ist (durch Drogen oder Alkohol), werden ihre Zellen dazu gedrängt, sich zu teilen und zu wachsen. Dieses Phänomen ist als Leberregeneration bekannt und wird sogar in der griechischen Mythologie erwähnt. Der populärste Mythos, der sich auf dieses Phänomen bezieht, ist der von Prometheus, der Feuer gestohlen hat. Seine Strafe bestand darin, im Kaukasus angekettet zu bleiben, wo sich jeden Tag ein Adler von seiner Leber ernährte.,

Obwohl die Menschen seit langem über die Leberregeneration Bescheid wissen, wurde die Leberregeneration erst in den 1900er Jahren formal untersucht und bei allen Säugetieren entdeckt. Um die Leberregeneration zu untersuchen, führten Higgins und Anderson 1931 ein Experiment an Ratten durch, bei dem die beiden größten Leberlappen sehr sorgfältig entfernt wurden . Die Arbeit mit Tieren beinhaltet die Verwendung sauberer Instrumente, Anästhesie und respektvolle Behandlung. Da die Leber viele Blutgefäße hat, um Blutungen zu vermeiden, wurden die Hauptgefäße der Leber mit einem speziellen Faden gebunden., Higgins und Anderson fanden heraus, dass die Rattenleber in 7 Tagen zu ihrer normalen Größe zurückkehrte. Auch heute noch ist dies der beliebteste Weg für Wissenschaftler, die Leberregeneration zu untersuchen. Mit Experimenten dieser Art können wir verstehen, welche Art von Genen, Hormonen und Wachstumsfaktorproteinen am Prozess der Leberregeneration beteiligt sind.

Obwohl wir das Wiederwachstum der Leber „Leberregeneration“ genannt haben, ist das nicht wirklich eine genaue Beschreibung dessen, was passiert., Der Begriff „Regeneration“ beschreibt tatsächlich den Prozess, durch den Tiere einen ganzen Körperteil ersetzen können. Wenn zum Beispiel eine Eidechse ihren Schwanz verliert, während sie einem Raubtier entkommt, kann ihr Schwanz schließlich nachwachsen. Dies kann nicht mit der Leber geschehen—wenn jemand seine gesamte Leber verlieren würde, könnte er oder sie nicht einfach eine neue anbauen. Obwohl wir es weiterhin „Leberregeneration“ nennen werden, ist die kompensatorische Hyperplasie der genauere Begriff für das, was in der Leber passiert ., Obwohl dieser Begriff kompliziert klingen mag, bedeutet er tatsächlich eine Vergrößerung der Leber, die durch eine Zunahme der Zellzahl verursacht wird. Um sich teilen zu können, müssen die Leberzellen „aufwachen“ oder, wie Wissenschaftler sagen, die Zellen müssen „aktiviert“ werden.“Der Prozess der Leberregeneration verläuft in drei Phasen (Abbildung 2). Während der drei Phasen arbeiten alle Zellen als Team und kommunizieren miteinander. Diese Kommunikation fordert die Leberzellen auf, aus der Ruhe zu kommen und sich zu teilen., Minuten nachdem die Leber Schäden entdeckt hat, senden Gene in den Kernen der Leberzellen Signale, um die Zellen auf die Teilung vorzubereiten. Dies wird als Initiationsphase bezeichnet. Während der Proliferationsphase teilen sich die Leberzellen. Die Zellteilung setzt sich fort, bis die Leber ihre ursprüngliche Größe wiedererlangt, dann ist die Abbruchphase erreicht und die Leberzellen hören auf sich zu teilen. Während all dies geschieht, muss die Leber noch alle ihre normalen Funktionen erfüllen, um das Tier am Leben und gesund zu halten.,

Woher weiß die Leber, wann sie aufhören soll zu wachsen? Dies ist eine wichtige Frage, und wir können sagen, dass die Größe der Leber ein sehr wichtiger Faktor ist. Die Leber macht etwa 3% des Körpers aus, und dieser Anteil bleibt unabhängig von der Körpergröße tendenziell konstant., Wenn Sie die Größe Ihrer Leber wissen möchten, multiplizieren Sie einfach Ihr Gewicht mit 0, 03! Der gleiche Anteil gilt für andere Säugetiere. Wenn also ein kleiner Hund die Leber eines großen Hundes erhält, wächst die Leber entsprechend der Körpergröße des kleinen Hundes. Einige Wissenschaftler haben dem System, das die Lebergröße reguliert, den Namen „Hepatostat“ (wie „Thermostat“, nur „Hepato“ bedeutet Leber) gegeben. Im Allgemeinen können wir uns vorstellen, dass der Hepatostat eine Reihe von Proteinen enthält, die Stoppsignale an die Leber senden, so dass er nicht mehr wächst., Beachten Sie, dass diese „Stop“ – Proteine die gegenteiligen Auswirkungen auf diejenigen haben, die in der Initiationsphase wirken (diejenigen, die den Befehl zum „Teilen“geben). Wissenschaftler müssen noch mehr arbeiten, um zu verstehen, wie der Hepatostat kontrolliert wird und welche Faktoren ihn beeinflussen.

Warum ist Wissen über die Leberregeneration nützlich?

Ein Großteil des Wissens von Wissenschaftlern kann verwendet werden, um spezifische Probleme kurz-oder langfristig zu lösen., Da die Leberregeneration ein gut kontrolliertes Wachstum beinhaltet, können wir unser Wissen über die Leberregeneration nutzen, um andere Arten von Wachstum zu verstehen, wie das unkontrollierte Wachstum, das in Krebszellen auftritt.

Ärzte können möglicherweise Wissen über die Leberregeneration nutzen, um Menschen mit Krankheiten oder Leberverletzungen zu helfen, die die Leber über ihre Regenerationsfähigkeit hinausschieben. In extremen Fällen benötigen diese Personen möglicherweise eine Lebertransplantation. Komplette Lebern oder Teile einer Leber können von toten Spendern gewonnen und in Patienten transplantiert werden., Aber jetzt, da Sie über die Regenerationsfähigkeit der Leber Bescheid wissen, können Sie verstehen, warum es auch für einen gesunden, lebenden Menschen möglich ist, ein Stück seiner Leber an jemanden zu spenden, der eine Transplantation benötigt. Die Leber des Spenders wird nachwachsen! Obwohl diese Art von Transplantation von einem lebenden Spender möglich ist, gibt es nicht genug Spender, um die hohe Anzahl von Menschen zu behandeln, die Lebertransplantationen benötigen. In den USA brauchen derzeit fast 15.000 Menschen eine neue Leber .

Außerdem arbeiten Wissenschaftler daran, Geräte zu entwickeln, die Patienten mit bestimmten Leberproblemen helfen., Diese Geräte können Patienten vorübergehend helfen, während sie auf eine Transplantation warten, ähnlich wie die Dialysemaschinen, mit denen Patienten mit Nierenversagen unterstützt werden . Tissue Engineering ist ein Zweig der Wissenschaft, der auch Patienten helfen könnte, die auf eine Transplantation warten. Tissue Engineering verwendet spezielle Methoden und Materialien, um zu versuchen, Lebern im Labor zu züchten. In Abwesenheit von Spendern können diese im Labor gezüchteten Lebern in die Patienten transplantiert werden, um ihr geschädigtes Lebergewebe zu verbessern oder zu ersetzen.,

Ein großer Teil des Wissens über das biologische Verhalten von Leberzellen wurde bei der Untersuchung des Leberregenerationsphänomens gewonnen. Unter Berücksichtigung dieses Wissens und der Tatsache, dass Leberspender knapp sind, besteht eine andere Strategie des Tissue Engineering darin, die gesamte Leber oder einen kleinen Teil zu „recyceln“. Die Leber eines toten Spenders kann verwendet werden, aber alle ursprünglichen Zellen werden entfernt, indem eine spezielle Lösung durch die Gefäße der Leber geleitet wird, bis sie vollständig transparent aussieht (Abbildung 3)., Dieser Prozess wird decellularization genannt, und es wird getan, weil die dreidimensionale Struktur oder Matrix, die die zellulären Komponenten der Leber unterstützt, gut gehalten wird. Beobachten Sie auf dem Bild die gut erhaltenen Blutgefäße der Lebermatrix. Auf diese Weise kann die saubere Leber neue Leberzellen von gesunden Menschen oder Tieren erhalten und dann transplantiert werden . Dieser Prozess wurde bei mehreren Säugetierarten erfolgreich durchgeführt, ist jedoch schwierig. Die Reinigung einer Rattenleber kann 48 Stunden dauern, und die Reinigung einer vollständigen menschlichen Leber kann bis zu 6 Wochen dauern!, Ein Problem, das nach der Decellularisation zu lösen ist, besteht jedoch darin, genügend gesunde Leberzellen zu erhalten, um die saubere Leber wieder aufzufüllen. Eine Alternative, die untersucht wird, ist heute die Produktion von Leberzellen aus Stammzellen in oder aus der Leber. Aber das ist eine andere Geschichte.

Schlussfolgerung

Das Ziel dieses Artikels war es, junge Menschen darüber zu informieren, wie die Leber im Körper funktioniert und ihre erstaunliche Fähigkeit zu beschreiben, auf verschiedene Verletzungen zu reagieren. Ein weiteres Ziel war es, Wissen über wissenschaftliche Forschung bereitzustellen, das sich auf die Verbesserung der Lebensqualität von Menschen mit schweren Lebererkrankungen konzentriert. Mit diesen Informationen hoffe ich, dass Sie die entscheidende Rolle verstehen, die Ihre Leber für die Gesundheit Ihres Körpers spielt, und wie wichtig es ist, Ihr ganzes Leben lang auf Ihre Leber aufzupassen.,

Glossar

Entgiftung: Verarbeitung toxischer Substanzen, um sie aus dem Körper zu entfernen.

Gallenbaum: Satz von Gefäßen, in denen Galle von der Leber in die Gallenblase wandert.

Ruhephase: Stadium, in dem sich Zellen nicht teilen.

Kompensatorische Hyperplasie: Prozess, durch den die Leber nach ihrer Schädigung ihre Größe wiederherstellt und die Anzahl der Leberzellen erhöht.

Decellularization: Prozess durchgeführt, um die Zellen eines Gewebes/Organs zu entfernen, um die Matrix zu erhalten, die mit gesunden Zellen aufgefüllt werden kann.,

Erklärung zum Interessenkonflikt

Der Autor erklärt, dass die Untersuchung ohne kommerzielle oder finanzielle Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.

Danksagungen

Der Autor möchte Dr. Alejandro Soto-Gutierrez, der an der University of Pittsburgh, PA, USA, arbeitet, dafür danken, dass er ein Foto einer decellularisierten Leber geteilt hat, und Herrn Patrick Weill, der bei der Bearbeitung der englischen Sprache geholfen hat.

Columbano, A., und Shinosuka, H. 1996. Leberregeneration versus direkte Hyperplasie. FASEB J. 10:1118-28.