Regeneration und Wundheilung sind wichtige biologische Prozesse, deren Mechanismen nach wie vor aktiv erforscht werden. Tatsächlich ist die Fähigkeit, Wunden zu heilen und beschädigte Teile zu regenerieren, eines der Merkmale, die Lebewesen von unbelebten Objekten unterscheiden. Normalerweise geht man davon aus, dass die Regeneration durch die Differenzierung von Stammzellen in verschiedene Zelltypen vermittelt wird, die für den Wiederaufbau eines beschädigten oder abgetrennten tierischen Teils benötigt werden, während die Wundheilung als neue Zellen betrachtet wird, die in eine Wunde eindringen, um ein intaktes Epithel wieder aufzubauen. Beide Prozesse scheinen also durch Kollektive einzelner Zellen vermittelt zu werden, und scheinen daher durch und durch multizelluläre Prozesse zu sein. Es ist daher möglicherweise überraschend, dass einzelne Zellen in einigen Fällen in der Lage sind, Wunden zu reparieren und verlorene Bestandteile zu regenerieren1. Die Wundheilung innerhalb einzelner Zellen kann mehrere Wege umfassen, einschließlich der Kontraktion des Aktin-Myosin-Geldbeutels um die Wunde und des Membranflickens durch schnelle Fusion der exozytotischen Vesikel1-3. Obwohl viele Zelltypen zu einem gewissen Grad der Wundheilung fähig sind4-6, ist das vielleicht dramatischste Beispiel der Riesenciliaten Stentor coeruelus7, der in Abbildung 1 dargestellt ist. Einzelne Stentorzellen sind 1 mm lang und mit Reihen von Flimmerhärchen bedeckt. Stentorzellen sind kegelförmig mit einem Mundapparat, der an einem Ende aus Tausenden von Zilien und am anderen Ende aus einer schmalen Haltestruktur besteht. Stentor war ein klassischer Modellorganismus für die Erforschung der Regeneration, denn wenn ein Teil der Zelle abgeschnitten wurde, konnte sie sich regenerieren7. Zum Beispiel zeigte Thomas Hunt Morgan8 in einer klassischen Versuchsreihe, dass eine Stentorzelle in zwei Hälften geschnitten werden kann und jede Hälfte eine normal proportionierte Zelle innerhalb weniger Stunden regeneriert8. Die molekularen Signalwege, die für die Regeneration bei Stentor verantwortlich sind, sind noch völlig unbekannt.
Die Fähigkeit von Stentorzellen, als Regenerationsmodellsystem zu dienen, beruht auf der erstaunlichen Fähigkeit dieser Zellen, sich selbst zu heilen, nachdem sie geschnitten wurden. Warum tritt das Zytoplasma einer Stentorzelle nicht aus, wenn die Zelle geschnitten wird? Die Wundheilung ist nicht auf eine unmittelbare Kontraktion der Zellrinde zurückzuführen, da es möglich ist, zwei Stentorzellen zu nehmen, sie zu schneiden und dann die beiden geschnittenen Zellen in verschiedenen Konfigurationen miteinander zu verbinden7. Bei solchen Transplantationsexperimenten muss das Zytoplasma der beiden Zellen freigelegt bleiben, da es beim Zusammenschieben der Zellen verschmilzt. Irgendwie ist das Zytoplasma dem umgebenden Medium ausreichend ausgesetzt, um eine Transplantation zu ermöglichen, aber es fließt dennoch nicht aus der Zelle. Ist das Zytoplasma von Stentor so elastisch, dass es einfach nicht herausfließen kann, selbst wenn ein großes Loch in die Plasmamembran gemacht wird? Erhöhen Zellen die Viskosität des Zytoplasmas lokal um eine Wunde, um zu verhindern, dass das Zytoplasma herausfließt? Zytoplasma ist ein hochkomplexes aktives Material9-11, und die Stentor-Wundheilungsreaktion stellt eine einzigartige Gelegenheit dar, die zytoplasmatischen Strömungen und die Mechanik während der Einzelzell-Wundheilung zu untersuchen. Der Einsatz chirurgischer Methoden zur Induktion einer Verwundung im Stentor stellt jedoch eine technische Herausforderung dar. Um eine 1 mm lange Zelle mit Glasnadeln zu schneiden, dem konventionellen chirurgischen Paradigma, ist es notwendig, mit geringer Vergrößerung und großem Arbeitsabstand zu arbeiten. Unter diesen bildgebenden Bedingungen ist es nicht möglich, den Fluss des Zytoplasmas zu verfolgen, und man kann nur feststellen, ob das Zytoplasma in der Zelle verbleibt oder nicht. Die eigentliche Frage, die wir stellen möchten, ist, wie sich die Bewegung und Viskosität des Zytoplasmas während des Schneidens und der Heilung ändern kann. Dies erfordert eine hochauflösende Bildgebung. Hier präsentieren wir eine Adaption des Tartar-Protokolls für das Schneiden von Stentor7, die es ermöglicht, das Schneiden unter einer Optik mit geringerer Vergrößerung durchzuführen, um die gesamte Zelle zu sehen und gleichzeitig den Zytoplasmafluss mit hoher Auflösung zu beobachten, so dass dieses System als Plattform für die Erforschung der Mechanismen der Einzelzell-Wundheilung verwendet werden kann.