Blutfluss und Entwicklungsprozesse
Hinreichend bekannt ist, dass Zellteilung, Migration und Differenzierung im Embryonalstadium durch Umweltreize gesteuert werden. Unklar ist jedoch die Sensorik biologischer Systeme für ihre Umwelt, und wie Informationen zur räumlichen Lage mit geometrischen Einschränkungen assoziiert sind. Das erste Funktionsorgan, das sich in der Embryonalphase entwickelt, ist das Herz, was die Bedeutung von kardiovaskulärem System und Blutfluss für das Wachstum aufzeigt. Ziel des EU-finanzierten Projekts "'Biological flows and embryonic development" (FLOWBUILT) war es, die Rolle des Blutflusses in der frühen Entwicklung zu beschreiben und die molekularen Signalwege zu identifizieren, die dabei aktiviert werden. Vor allem sollte die Gefäßbildung während der Embryogenese geklärt werden. Der Zebrafisch eignet sich für solche Studien als hervorragender Modellorganismus, da er transparent ist und sich gentechnisch gut manipulieren lässt. Hinzu kommt, dass die Embryonalentwicklung bei Zebrafischen in den ersten fünf Tagen keine Herzfunktion benötigt, daher kann am Modell hervorragend die Rolle der Strömungskräfte während der Angiogenese untersucht werden. Durch Kombination innovativer Bildgebung mit Blutflussmodellen konnte die Biomechanik der Blutgefäße während der Gefäßbildung im Detail beschrieben werden. Modelle des gesamten Gefäßnetzes des Zebrafischs legten nahe, dass der Stress, dem die neu gebildeten Gefäße ausgesetzt sind, durch Erythrozyten im Blut signifikant beeinflusst wird. Auf molekularer Ebene fördert der Blutfluss offenbar die Reifung des Endothels. Eine Analyse von Herzklappenmutanten gab Aufschluss über die Wirkung des Blutflusses auf bestimmte zelluläre Umbauprozesse, die während der Klappenentwicklung stattfinden. Intensiv wurde auch an den Mechanismen während der Endothelentwicklung geforscht, mit denen der Blutfluss sensorisch erfasst wird. Dabei entdeckte man, dass während der Angiogenese Zellprotrusionen (Zilien) aus Endothelzellen als Detektoren fungieren, die die Strömungskräfte messen. Dies lieferte Aufschluss über die Rolle des Blutflusses während der Herzentwicklung unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen. Insgesamt gibt FLOWBUILT grundlegende Einblicke in einige der wichtigsten Mechanismen der Embryonalentwicklung. Die gewonnenen Daten zeigen die Rolle des Blutflusses bei der Gefäßbildung und beim Herzwachstum auf und könnten auch Ursachen für angeborene Kardiomyopathien klären helfen.
Schlüsselbegriffe
Zebrafisch, Blutfluss, Embryonalentwicklung, Herz, biologische Ströme
