Axolotlen bruges til forskning i regeneration

Kritisk truet i naturen men vidt udbredt i verdens laboratorier: Axolotlen er en vandlevende halepadde, som bliver brugt til forskning i blandt andet regeneration, da den har særlige evner til at gendanne kropsdele og organer. Og så har den tilpasset sig til – livet igennem – at leve i larvestadiet – også når den er voksen.

 

Halepadde som forsøgsdyr

Axolotlen (Ambystoma mexicanum) er en 20-25 cm stor gråsort salamander (halepadde), der oprindeligt stammer fra Mexico – men som nu findes i en lang række forskningslaboratorier verden over. Axolotlen har et meget specielt udseende såsom mærkværdige udvendige gæller, og den har en række egenskaber, som gør den interessant som forsøgsdyr til blandt andet studier af regeneration. En anden mærkværdig egenskab er, at den bevarer sine larve-karakteristika, selv når den bliver voksen – et biologisk fænomen, der er kendt som ’neoteni’. I denne artikel ser vi nærmere på axolotlen som forsøgsdyr.

 

 

Fra mexicanske søer til forskningslaboratorier

Oprindeligt fandtes axolotlen udbredt i større mexicanske søer og vådområder på det sted, hvor Aztekerrigets hovedstad Tenochtitlán – og sidenhen nu Mexico City – ligger. Da byen voksede, blev Chalco-søen bortdrænet, og Xochimilco-søen svandt kraftigt ind. Axolotlens naturlige udbredelse blev hermed reduceret til blot at omfatte et mindre netværk af vandkanaler. Axolotlen er i dag kritisk truet for udryddelse i Mexico.

Kulturelt har axolotlen spillet en vigtig rolle, idet allerede aztekerne brugte den som føde, og fangst af axolotlen til dette formål fortsatte helt frem til nyere tid. Inden da fik franskmændene øje på den.

I 1864 ankom 34 levende axolotler til Paris. Det Franske Institut for Akklimatisering ville undersøge, hvilke arter af dyr og planter, der egnede sig til genudsætning i Frankrig og de mange franske kolonier rundt omkring i verden. Instituttet skulle styrke landbruget gennem tilpasning af egnede planter og dyr, men dets ansatte havde også øje for nye kæledyr og udviste i særdeleshed interesse for de mere eksotiske skabninger. Her har den særpræget-udseende axolotl utvivlsomt vakt videnskabsfolkenes interesse. I hvert fald blev axolotlerne udstillet i instituttets egen zoologiske have, så besøgende kunne beskue dem. Dog blev seks af axolotlerne foræret til en professor på Det Naturhistoriske Museum i Paris, og snart blev axolotlen et forsøgsdyr.

På Det Naturhistoriske Museum havde den store naturhistoriker Georg Cuvier (1769-1832) allerede 50 år tidligere modtaget to alkohol-konserverede eksemplar af axolotler fra den tyske opdagelsesrejsende Alexander von Humboldt (1769-1859). Georg Cuvier fandt axolotlerne interessante, da de tilsyneladende bevarede juvenile karaktertræk så som gæller og relativt bløde og letforbenede knogler igennem hele livet. Svenske Carl von Linné (1707-1778), der grundlagde den moderne systematik inden for biologien, havde tidligere klassificeret padder og krybdyr som to separate grupper defineret ved, at padder kunne trække vejret både i vand og på land. Men Georg Cuvier havde observeret, at faktisk var det kun i larvestadiet, at allerede kendte padder havde gæller – som voksne brugte de lunger ligesom krybdyr. Da de axolotler, som Georg Cuvier modtog havde de juvenile karaktertræk, konkluderede han, fejlagtigt, at de måtte være juvenile eksemplarer af et endnu ukendt krybdyr. I de kommende år kom flere konserverede eksemplarer til Europa, og ingen turde for alvor gøre op med Georg Cuviers antagelser.

De seks levende axolotler, der blev foræret til Det Naturhistoriske Museum i 1864, var fem hanner og en hun. I første omgang klassificerede man dem som juvenile eksemplarer, men det ændrede sig et halvt år senere, da der kom afkom. Så måtte de jo være voksne! Axolotlen beholdt altså sine juvenile træk livet igennem, og dermed beholdt den også sine gæller uden at skifte komplet til ånding med lunger som andre kendte salamandere, selv om axolotlen faktisk også har funktionelle lunger.

 

 

Foræret til europæiske forskningslaboratorier

Efter at det nu var lykkedes at få axolotlerne til at reproducere i fangenskab, forærede museet i Paris levende axolotler til de mange europæiske forskningslaboratorier og zoologiske haver, som ønskede at modtage dem. Ja, selv private samlere kunne få axolotler til deres akvarier. Som hobbydyr var axolotlen det første eksotiske akvariedyr, som det var muligt selv at avle på.
Allerede omkring 1870 var axolotlen vidt udbredt som forsøgsdyr i Europa. Den blev blandt andet brugt til embryonal forskning. Et andet forskningsfelt var den komparative anatomi af hvirveldyr, og i begyndelsen af 1900-tallet blev den også anvendt til forskning i hormonet thyroxin.

 

Metamorfose

For magasinets læsere er det velkendt, at størstedelen af springpadder (frøer og tudser) og halepadder (salamandere) undergår metamorfose i slutningen af deres larvestadie, hvorved de ændrer sig fra at være haletudser til voksne padder. Dette skyldes en gradvis forøgelse i koncentrationen af thyroideahormoner fra skjoldbruskkirtlen ind til et punkt, hvor metamorfosen indtræffer. Her skumper (eller forsvinder helt hos springpadderne) halens køl, og gællerne forsvinder, så den voksne padde bliver afhængig af luftånding via lungerne – og eventuel vandånding kun foregår via huden. I axolotlen sker ikke samme ophobning af thyroideahormoner, og derfor undergår den ikke naturligt metamorfose men forbliver i sit haletudselignende ydre – også efter den er blevet kønsmoden (kønsmodenhed kan erkendes, især i lyse dyr, ved at fingerspidserne bliver mørke). Til gengæld er axolotlen stadig sensitiv over for disse hormoner, og udsætter man den for eksempel for selv meget lave koncentrationer af thyroideahormonet thyroxin i akvarievandet eller via injektion, undergår den kunstig metamorfose og udvikler sig til et dyr med visse ligheder med den nærtbeslægtede tigersalamander.

Axolotlen kan også metamorfosere spontant, især hvis den stresses ved, at vandstanden gradvist sænkes i dens akvarium. Denne metode var den eneste kendte måde at inducere metamorfose på før opdagelsen af thyroxin i starten af det 20. århundrede.

 

 

Regeneration

Selv om axolotlens anvendelse som forsøgsdyr i begyndelsen primært centrerede sig om dens neotene livsstil og effekten af thyroxin, har den i de senere årtier især været anvendt i studier af vævsregeneration. Axolotlen har nemlig imponerende regenerative egenskaber, der blandt andet omfatter evnen til at gendanne hud, muskelvæv, perifere og centrale nerver (inklusiv store dele af hjernen), hjertet og sågar hele lemmer (ben og hale) efter amputation. Dette sker vel at mærke til perfektion uden dannelse af et blivende ar.
I store træk er pattedyr, og dermed mennesket, ret dårlige til at gendanne væv. Når vi oplever vævsskade, forsøger kroppen i visse tilfælde at kompensere – og da primært ved hjælp af to mekanismer:

1: Kompensatorisk hyperplasi der er en proces, hvor en allerede uddifferentieret celletype deler sig og derved gendanner det tabte væv. Et eksempel herpå er leverceller (hepatocytter), der er i stand til at dele sig og gendanne selv relativt store dele af leveren.

2: Residerende eller cirkulerende stamceller der differentierer ud til den behøvede celletype. Skeletmuskulaturens satellitceller har for eksempel evnen til at reparere muskler. Men er vævsskaden for omfattende, responderer pattedyr generelt ved at danne arvæv, der nok forsegler skaden men ikke bidrager med nydannet funktionelt væv. I nogle tilfælde – som efter en skade på hjertet – kan fibrøst arvæv desuden have en direkte negativ konsekvens for vævets funktion.

Axolotlen benytter en tredje mekanisme, når den gendanner væv. Først dedifferentierer de celler, der sidder ganske tæt ved skaden og bliver stamcelle-lignende. Herefter deler de sig og redifferentierer til slut ud til de funktionelle celler igen. På den måde kan axolotlen gendanne eksempelvis et amputeret ben ud fra cellerne i den tilbageværende stump i løbet af to til tre måneder.

 

 

Kan gendanne ben

Netop evnen til at gendanne benet er en af de mest studerede regenerative mekanismer i axolotlen. Allerede tilbage i Oplysningstiden beskrev den italienske præst og naturvidenskabsmand Lazzaro Spallanzani (1729-1799), hvordan europæiske salamandre kunne regenerere lemmer, og i tiden efter 2. verdenskrig blev den østamerikanske vandsalamander (Notophthalmus viridescens) en vigtig dyremodel inden for dette felt. Imidlertid er vandsalamandere generelt mere omstændelige at holde under laboratorieforhold, og de formerer sig dårligt i fangenskab. Derfor er årlige indsamlinger i felten nødvendige. Her har axolotlen vist sig at være et langt mere taknemmeligt laboratoriedyr, der er let at få til at avle i fangenskab (se boksen ’Axolotlens reproduktion’). I nyere tid er axolotlen blevet suppleret af både den spanske ribbenssalamander (Pleurodeles waltl) og af zebrafisken (Danio rerio) som vigtige laboratoriedyr i studier af regeneration af lemmer/finner.

 

Hjerteforskning

Idet hjertesygdomme på verdensplan – og især i den vestlige verden – udgør en af de hyppigste dødsårsager, og hjertet på vævsniveau er en mere simpel struktur end et ben, udgør axolotlens evne til at regenerere hjertet et spændende emne, da dette måske kan bidrage med translaterbare resultater i behandlingen af menneskelige patienter med iskæmisk hjertesygdom.

I 2010 blev det for første gang påvist, at axolotlen er i stand til at gendanne selv store dele af hjertemuskulaturen efter bortskæring. Få år senere demonstrerede vi på Aarhus Universitet, at også et mere klinisk relevant fryseinfarkt – hvor dødt hjertevæv først skal bortskaffes, og skaden efterfølgende heles op – resulterer i regeneration i axolotlen, selv hvis helt op til havldelen af hjertemuskulaturen er sat ud af spil. Efterfølgende undersøgte vi samspillet mellem hjertets stofskifte og dets evne til at hele op. I modsætning til ben, hale eller anden ikke-vital struktur/organ er hjertets forsatte funktion nemlig helt afgørende for axolotlens overlevelse, samtidig med at den heler op. Vi plejer at sige, at hvor ben-regeneration kan sammenlignes med en racerbil, der kører i pit og kortvarigt er ude af løbet, mens skaden repareres, svarer hjerteregeneration til, at mekanikeren sidder på motoren og reparerer, mens bilen drøner derudad.

 

Opstaldning af axolotler

Axolotlen opstaldes naturligvis i et akvarie, hvor den kan leve både som juvenil og voksen, og skal dyrene anvendes i forskningsøjemed, er der en række klart definerede krav til overfladeareal, vanddybde og antal dyr i akvariet afhængigt af dyrenes størrelse. I fangenskab kan axolotlen typisk blive 15-20 år. Den er let at fodre, da den æder næsten alt, men i praksis fungerer pillefoder godt, og der findes produkter rettet specielt mod axolotler. Ved at variere vandtemperaturen – så det er lidt koldere om vinteren – kan man stimulere axolotlen til at komme i ynglestemning om foråret. Axolotlen benytter vandplanter, sten eller lignende i akvariet til at lægge æg på. Hvis axolotlen undergår metamorfose, ændres dens krav, da den så har brug for at kunne komme op af vandet i et terrarium. Her vil den kun tage levende foder til sig såsom orme og larver. Den landlevende metamorfoserede axolotl kræver dog stadigvæk et miljø med høj luftfugtighed for at modvirke udtørring af huden.

 

 

Bedøvelse af axolotler

Det er en grundlæggende forudsætning i regenerative dyreforsøg, at der må induceres en skade, der kan regenerere. Dette er en belastning for dyret, og derfor benyttes bedøvelse under indgrebet. Ligesom hos fisk fungerer lidokain-lignende stoffer (MS-222 og benzokain) glimrende til at inducere generel bedøvelse i axolotlen. Imidlertid påvirker disse stoffer hjertekarsystemet, og axolotlens hjertefrekvens kan tredobles, når den bedøves ved hjælp af disse stoffer. Derfor har vi på Aarhus Universitet undersøgt, om alternative anæstetika med fordel kan anvendes i axolotlen, når netop hjertefunktionen studeres. Det har vist sig, at propofol fungerer godt uden stimulering af hjertekarsystemet i axolotlen. Forskellen er imidlertid, at hvor man under humane operationer indgiver propofol direkte i blodbanen, er det hos axolotlen blot nødvendigt at nedsænke dyret i et bad af stærkt fortyndet propofol for at bedøve det. Optaget af propofol sker igennem huden og de udvendige gæller. I pattedyr virker propofol anæstetisk men har kun en ringe smertedækkende effekt. Vi ved ikke, om det samme gør sig gældende i axolotlen, men for en sikkerheds skyld anvender vi altid de velkendte anæstetika/analgetika, når vi udfører kirurgiske indgreb, og først derefter overføres dyret til fortsat propofol-bedøvelse. Her har det til gengæld vist sig, at vi – på grund af axolotlens meget lave stofskifte og evne til uproblematisk at faste i månedsvis – faktisk kan holde axolotler under konstant bedøvelse efter kirurgi i en komatøs tilstand i hele den regenerative periode på to måneder, så de aldrig vågner af forsøget. Det kan betragtes som en velfærdsmæssig fordel, at forsøgsdyret ikke oplever, hvad det er blevet udsat for, men dette er også eksperimentelt fordelagtigt, fordi dyrets adfærd afkobles fra de fysiologiske processer, der er i spil, mens det regenererer.
Afrundende bemærkninger

Axolotlen er et interessant forsøgsdyr, fordi den har en række egenskaber, der adskiller sig fra dem hos os mennesker. Ved andre forsøgsdyr pointerer man derimod lighederne med os som argument for at bruge dyrene i forskningen. Axolotlen er netop interessant, da vi måske kan finde ud af, hvordan den for eksempel kan gendanne en kropsdel – og vi derefter kan udnytte vores opsamlede viden til at behandle patienter. Hertil kommer, at axolotlen i sig selv er et interessant dyr, som biologiske forskere gerne vil vide mere om.

I næste nummer skal vi se nærmere på endnu et specielt forsøgsdyr med mange ekstreme egenskaber, nemlig nøgen-rotten.