Ein Forschungsteam bestehend aus Professor Dong Sung Kim, Professor Anna Lee und Dr. Jaeseung Youn vom Fachbereich Maschinenbau an der POSTECH hat erfolgreich die Struktur von Falten in biologischem Gewebe in vitro nachgebildet und die Mechanismen hinter ihrer Entstehung aufgedeckt. Ihre Ergebnisse wurden in der internationalen Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Forscher decken wichtig Mechanismen bei der Faltenbildung auf
Während Falten oft mit Hautalterung in Verbindung gebracht werden, weisen auch viele Organe und Gewebe, darunter Gehirn, Magen und Darm, ausgeprägte Faltenmuster auf. Diese Strukturen spielen eine Schlüsselrolle bei der Regulierung des Zellzustands und der Differenzierung und tragen zu den physiologischen Funktionen jedes Organs bei. Das Verständnis dafür, wie sich biologisches Gewebe faltet und Falten bildet, ist für das Verständnis der Komplexität lebender Organismen über kosmetische Belange hinaus von entscheidender Bedeutung. Dieses Wissen kann für die Förderung der Forschung in Bereichen wie Hautalterung, regenerative Therapien und Embryologie von zentraler Bedeutung sein. Trotz der Bedeutung biologischer Faltenstrukturen stützt sich ein Großteil der Forschung in diesem Bereich auf Tiermodelle, darunter Fruchtfliegen, Mäuse und Hühner, da es nur begrenzt möglich ist, die Faltenbildung in vitro zu replizieren. Daher sind die detaillierten Prozesse, die der Faltenbildung in lebendem Gewebe zugrunde liegen, weitgehend unbekannt.
Das Team von Professor Dong Sung Kim hat sich dieser Einschränkung angenommen und ein Epithelgewebemodell entwickelt, das ausschließlich aus menschlichen Epithelzellen und extrazellulärer Matrix (EZM) besteht. Durch die Kombination dieses Modells mit einem Gerät, das präzise Druckkräfte ausüben kann, gelang es ihnen, Faltenstrukturen in vitro nachzubilden und zu beobachten, die typischerweise in vivo im Darm, in der Haut und in anderen Geweben zu sehen sind. Dieser Durchbruch ermöglichte es ihnen erstmals, sowohl die hierarchische Verformung einer einzelnen tiefen Falte, die durch eine starke Druckkraft verursacht wird, als auch die Bildung zahlreicher kleiner Falten unter leichterer Kompression nachzubilden.
Weitreichende Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen wie Embryologie, biomedizinischer Technik, Kosmetik und mehr
Das Team entdeckte auch, dass Faktoren wie die poröse Struktur der darunterliegenden ECM, Dehydrierung und die auf die Epithelschicht ausgeübte Druckkraft für den Faltenbildungsprozess entscheidend sind. Ihre Experimente zeigten, dass Druckkräfte, die die Epithelzellschicht verformen, eine mechanische Instabilität innerhalb der ECM-Schicht verursachen, was zur Bildung von Falten führt. Darüber hinaus stellten sie fest, dass die Dehydrierung der ECM-Schicht ein Schlüsselfaktor im Faltenbildungsprozess ist. Diese Beobachtungen spiegelten die Auswirkungen, die bei alternder Haut beobachtet werden, sehr genau wider, bei der die Dehydrierung der darunterliegenden Gewebeschicht zur Faltenbildung führt, und lieferten ein mechanobiologisches Modell zum Verständnis der Faltenbildung.
Professor Dong Sung Kim brachte die Bedeutung der Forschung mit den Worten zum Ausdruck: „Wir haben eine Plattform entwickelt, mit der sich verschiedene Faltenstrukturen in lebendem Gewebe nachbilden lassen, ohne dass Tierversuche erforderlich sind.“ Diese Plattform ermöglicht es laut den Forschern die Echtzeit-Bildgebung und detaillierte Beobachtung der Faltenbildung auf Zell- und Gewebeebene; Prozesse, die in herkömmlichen Tiermodellen nur schwer zu erfassen sind. Sie hat weitreichende Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen wie Embryologie, biomedizinische Technik, Kosmetik und mehr.
Falten und Herzerkrankungen
Falten sind aber nicht nur eine unliebsame Erscheinung des Äußeres, und eine unvermeidliche Folge des Alterns. Laut Forschungen können sie auch auf etwas Unheilvolleres hindeuten. Studien legen nahe, dass Menschen mit vielen tiefen Stirnfalten, die mehr als für ihr Alter typisch ist, ein höheres Risiko haben, an einer Herz-Kreislauf-Erkrankung (HKE) zu sterben. Die Beurteilung von Augenbrauenfalten könnte eine einfache und kostengünstige Möglichkeit sein, Menschen zu identifizieren, die zu einer Hochrisikogruppe für HKE gehören.
Risikofaktoren wie hoher Cholesterinspiegel oder Bluthochdruck kann man weder sehen noch fühlen. Die Forscher haben die Stirnfalten als Marker untersucht, weil sie so einfach und visuell sind. Allein der Blick auf das Gesicht einer Person könnte einen Alarm auslösen, dann könnte man Ratschläge zur Risikominderung geben. Diese Ratschläge könnten einfache Änderungen des Lebensstils beinhalten, wie mehr Bewegung oder gesündere Ernährung.
Das Risiko einer Herzerkrankung steigt mit zunehmendem Alter, aber Lebensstil und medizinische Maßnahmen können die Gefahr mindern. Die Herausforderung besteht darin, Risikopatienten früh genug zu erkennen, um etwas bewirken zu können. Laut den Autoren der Studie wurden in früheren Untersuchungen verschiedene sichtbare Zeichen des Alterns analysiert, um festzustellen, ob sie auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen hindeuten können. In früheren Studien zeigten Krähenfüße keinen Zusammenhang mit dem kardiovaskulären Risiko, aber diese winzigen Fältchen in der Nähe der Augen sind nicht nur eine Folge des Alters, sondern auch der Gesichtsbewegungen. Es wurde ein Zusammenhang zwischen männlichem Haarausfall, Ohrläppchenkräuselungen, Xanthelasmen (Cholesterinablagerungen unter der Haut) und einem höheren Risiko für Herzerkrankungen festgestellt, jedoch nicht mit einem erhöhten Sterberisiko . Die Autoren der aktuellen prospektiven Studie untersuchten einen anderen sichtbaren Altersmarker – horizontale Stirnfalten – um festzustellen, ob sie bei der Beurteilung des kardiovaskulären Risikos bei einer Gruppe von 3.200 berufstätigen Erwachsenen von Nutzen sein könnten.
Falten eines der ersten Anzeichen für eine Gefäßalterung
Die Teilnehmer, die alle gesund waren und zu Beginn der Studie 32, 42, 52 und 62 Jahre alt waren, wurden von Ärzten untersucht, die je nach Anzahl und Tiefe der Stirnfalten Punkte vergaben. Eine Punktzahl von null bedeutete keine Falten, während eine Punktzahl von drei „zahlreiche tiefe Falten“ bedeutete. Die Studienteilnehmer wurden 20 Jahre lang beobachtet, in denen 233 aus verschiedenen Gründen starben. Von diesen hatten 15,2 % zwei und drei Falten. 6,6 % hatten eine Falte und 2,1 % hatten keine Falten. Die Autoren stellten fest, dass Menschen mit einem Faltenwert von eins ein etwas höheres Risiko hatten, an einer Herz-Kreislauf-Erkrankung zu sterben, als Menschen ohne Falten. Bei Personen mit einem Faltenwert von zwei und drei war das Sterberisiko fast zehnmal so hoch wie bei Personen mit einem Faltenwert von null, nach Bereinigung um Alter, Geschlecht, Bildung, Raucherstatus, Blutdruck, Herzfrequenz, Diabetes und Lipidspiegel.
Zwar sind Stirnfalten keine bessere Methode zur Bewertung des kardiovaskulären Risikos als bestehende Methoden wie Blutdruck- und Lipidprofile, aber sie könnten früher, auf einen einfachen Blick, eine rote Flagge hissen. Die Forscher kennen den Grund für diesen Zusammenhang noch nicht, der auch dann noch bestand, wenn Faktoren wie die berufliche Belastung berücksichtigt wurden, aber sie vermuten, dass er mit Arteriosklerose oder einer Verhärtung der Arterien aufgrund von Plaquebildung zusammenhängen könnte. Arteriosklerose ist eine der Hauptursachen für Herzinfarkte und andere kardiovaskuläre Ereignisse. Veränderungen des Kollagenproteins und oxidativer Stress scheinen sowohl bei Arteriosklerose als auch bei Falten eine Rolle zu spielen. Außerdem sind die Blutgefäße in der Stirn so klein, dass sie empfindlicher auf Plaquebildung reagieren könnten, was bedeutet, dass Falten eines der ersten Anzeichen für eine Gefäßalterung sein könnten.