Ultrastrukturelle und histochemische Einblicke in neotenische und metamorphe Axolotl‑Lungen mit Hinweisen auf pulmonale Regeneration

Warum die Lunge eines Salamanders für uns wichtig ist

Axolotl sind ungewöhnliche Salamander, die verlorene Körperteile nachwachsen lassen können; ihre Reparaturfähigkeiten faszinieren Wissenschaftler, die bessere Heilungsprozesse beim Menschen anstreben. Diese Studie stellt eine einfache Frage mit weitreichenden Folgen: Wie verändern sich Axolotl‑Lungen, wenn diese Tiere vom Leben im Wasser zum Leben an Land übergehen, und was verrät das über die Art von Lungengewebe, das nach einer Verletzung wiederhergestellt werden kann?

Zwei Lebensstadien, zwei Lungenentwürfe

Axolotl verbleiben normalerweise in einer juvenilen Form, atmen überwiegend über Kiemen, nutzen aber auch ihre Lungen. Mit zusätzlichem Schilddrüsenhormon lassen sie sich in eine landangepasste Form treiben, die stärker auf Luftatmung angewiesen ist. Die Forschenden verglichen Lungen von drei „wasserlebenden“ Tieren und drei hormonbehandelten „landbereiten“ Tieren. Unter dem Mikroskop bauten beide Gruppen Lungen um einen zentralen Luftraum herum auf, der durch zahlreiche Falten unterteilt ist, im Gegensatz zu den baumartigen Atemwegen von Säugetieren. Es zeigten sich jedoch deutliche Unterschiede in der Dicke und Zusammensetzung der winzigen Wände, die Luft und Blut trennen.

Von dicken, starren Wänden zu flexiblen Lufttaschen

Bei den wasserlebenden Axolotln waren die Wände um die Lufträume dick und die offenen Räume selbst eng, mit starken Einlagerungen von Kollagen, einem Strukturprotein, das Steifheit verleiht. Nach der Metamorphose wurden diese Wände dünner und die Lufträume größer, während das Stützgewebe mehr elastische Fasern enthielt, die sich dehnen und zusammenziehen können. Dieser Wechsel von kollagenreichen zu elastischeren Strukturen deutet darauf hin, dass die Lunge besser für die wiederholte Ausdehnung und Kontraktion geeignet wird, die für das Atmen an Land erforderlich ist.

Spezielle Lungenzellen ordnen ihre Aufgaben neu

Das Team konzentrierte sich auch auf die Zellen, die die Lufträume auskleiden. Bei Säugetieren gibt es zwei Haupttypen solcher Zellen, doch bei Axolotln sind diese Merkmale flexibler vermischt. Mit leistungsfähigen Elektronenmikroskopen fanden die Autorinnen und Autoren Zellen mit feinen Oberflächenvorsprüngen und runden Zellkernen, die lamellare Körper enthielten, paketartige Strukturen, die Surfactant speichern — eine Substanz, die die Oberflächenspannung in den Lungen reduziert. Bei den wasserlebenden Axolotln trugen sogar einige mit Flimmerhärchen versehene Zellen in den kleinen Atemwegen diese Surfactant‑Pakete. Nach der Metamorphose hingegen enthielten die Flimmerzellen keine lamellaren Körper mehr, während benachbarte Oberflächenzellen der Lunge reifere Surfactant‑Strukturen und eine verfeinerte Barriere zwischen Luft und Blut zeigten, die eher an Säugetierlungen erinnerte.

Stützende Zellen, die bei der Reparatur helfen könnten

Im Gewebe zwischen den Lufträumen identifizierten die Forschenden interstitielle lipofibroblast‑ähnliche Zellen in beiden Lebensstadien. Diese Zellen speicherten Fetttropfen und lagen in der Nähe der Surfactant‑produzierenden Zellen. Bei anderen Tieren werden ähnliche Zellen dafür gehalten, Rohmaterial für Surfactant bereitzustellen und sogar während Lungenwachstums und -reparatur als stammzellähnliche Zellen zu wirken. Dass solche Zellen in sowohl wasserlebenden als auch landbereiten Axolotln erhalten bleiben, erhöht die Möglichkeit, dass sie zur bemerkenswerten Fähigkeit des Tieres beitragen, Lungengewebe nach Verletzungen zu regenerieren.

Signale für Reifung und Umbau des Gewebes

Um zu verfolgen, wie sich Lungenoberflächenzellen ausbilden, färbte das Team Gewebe für ein Strukturprotein namens Cytokeratin 7, das auftritt, wenn bestimmte Stammzellen zu voll ausgebildeten Epithelzellen werden. Dieser Marker war in den wasserlebenden Lungen kaum zu sehen, trat jedoch in niedrigen Mengen in den landbereiten Lungen auf, was andeutet, dass die Metamorphose diese Zellen in Richtung eines spezialisierteren Zustands lenkt. Zusammen mit dem Wechsel im Bindegewebe und der Umorganisation der Surfactant‑produzierenden Zellen ergibt sich das Bild einer Lunge, die sich als Reaktion auf hormonelle Signale umgestalten kann.

Was das für die zukünftige Lungenreparaturforschung bedeutet

Indem sie aufzeigen, wie sich Axolotl‑Lungen umbauen, wenn das Tier sich vom Wasser in Richtung Land begibt, skizziert diese Studie einen Lungenentwurf, der anpassungsfähig und zugleich funktional bleibt. Dicke, kollagenreiche Wände weichen dünnerem, dehnbarerem Gewebe, Zelltypen ordnen ihre Rollen bei der Surfactant‑Regulation neu, und stützende Zellen mit Reparaturpotenzial bleiben vorhanden. Obwohl Axolotl‑Lungen nicht perfekt den menschlichen Lungen entsprechen, könnte das Verständnis, wie sie so flexibel und regenerationsbereit bleiben, zukünftige Bemühungen anleiten, die Heilung geschädigter menschlicher Lungen zu fördern.

Zitation: Güneş, A., Gürgen, D.G., Kaplan, A.A. et al. Ultrastructural and histochemical insights into neotenic and metamorphic axolotl lungs with clues to pulmonary regeneration. Sci Rep 16, 15077 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45215-8

Schlüsselwörter: Axolotl, Lungenregeneration, Metamorphose, Surfactant, elastische Fasern