Впервые показано, что у взрослых лягушек отрастают ампутированные ноги, что стало прорывом в регенерации органов.
Регенерация означает повторное выращивание поврежденной или отсутствующей части орган из остаточной ткани. Взрослые люди могут успешно регенерировать некоторые органы, такие как печень и особенно кожу, которая регулярно обновляется и восстанавливается, но, к сожалению, большинство человеческих тканей органов не имеют способности к регенерации. Область регенеративной медицины направлена на поиск способов возобновления регенерации тканей нашего организма. Идеальным решением было бы запустить важные пути, которые могут восстановить ткань, например конечность, из ее собственных клеток, однако это не простой случай, поскольку ученые все еще пытаются понять нюансы регенерации тканей.
В исследовании, опубликованном в Cell ReportsУченые из Университета Тафта в США стремились понять способность тканей к регенерации и то, как клетки взаимодействуют и образуют трехмерную структуру. орган. Они решили воспроизвести рост тканей у животного, которое обычно не регенерирует, и выбрали амфибию – взрослую водную африканскую когтистую лягушку (Xenopus laevis) – широко используемое лабораторное животное в исследованиях. У амфибий, как и у людей, очень ограниченная способность к обновлению тканей. Ученые успешно разработали устройство, которое возобновляет генерацию тканей в месте ампутации и позволяет частично регенерировать заднюю конечность взрослой лягушки Xenopus.
Повторно растущие ампутированные конечности
Сначала носимый биореактор был напечатан в 3D на кремнии и заполнен гидрогелем. Затем на этот гидрогелевый полимер были помещены гидратирующие протеины шелка, которые, как известно, способствуют заживлению и регенерации. Был добавлен гормон прогестерон - нейростероид, который, как известно, участвует в менструации, беременности и кормлении грудью. Прогестерон также участвует в восстановлении нервных кровеносных сосудов и других тканей. Лягушки были разделены на экспериментальную, контрольную и фиктивную группы. В контрольной и фиктивной группах устройство биореактора вшивали в лягушек сразу после ампутации конечности. В экспериментальной группе прогестерон высвобождался из биореактора на место ампутации. Устройства были удалены через 24 часа. Затем лягушек обычно наблюдали в течение нескольких месяцев. У лягушек в контрольной и имитационной группах в месте ампутации образовался тонкий хрящевой шип, что является нормальным, когда регенерация тканей прогрессирует без посторонней помощи. Только у лягушек опытной группы было замечено, что устройство биореактора вызвало большую регенерацию конечности, и у лягушек вновь образовался более структурированный лопаточный придаток рядом с почти полностью сформированной конечностью. Это свидетельствовало об улучшении регенерации тканей. Видимая разница была заметна в течение нескольких недель, что свидетельствует о том, что устройство биореактора создавало поддерживающую среду вокруг рана чтобы ткани могли расти - подобно тому, как ткани зародыша растут внутри матки. Просто кратковременная доставка прогестерона из биореактора (помещенного только на 24 часа) вызвала рост мягких тканей и костей в течение нескольких месяцев. При гистологическом анализе и молекулярном исследовании регенерированных структур было обнаружено, что эти конечности были толще и имели более развитые кости, иннервацию и васкуляризацию. Животные, получавшие прогестерон, также были более активными, чем контрольная и фиктивная группы.
Рост конечностей прекратился примерно через шесть месяцев, но это привело к типичному росту пальцев рук и ног. Отросшие конечности имели хороший объем и плотность костей, основные кровеносные сосуды, хорошо расположенные нервы, и эти лягушки могли даже плавать, как обычные неампутированные лягушки, использующие свои родные конечности. Секвенирование РНК и анализ транскриптома показали, что экспрессия генов в клетках в месте ампутации была изменена биореактором. Таким образом, гены, связанные с окислительным стрессом и активностью лейкоцитов, были активны (активированы), а некоторые другие - подавлены. Рубцы и иммунный ответ также были уменьшены, что позволило продолжить регенерацию за счет ослабления естественной реакции организма на травму, которая в противном случае препятствовала бы процессу регенерации.
Будущее
Это исследование основано на логике определения программы кикстарта или триггера, которая приведет к долгосрочному росту. Это можно назвать новой моделью клеточной стимуляции. Более ранние исследования показали, что мыши могут частично регенерировать ампутированные кончики пальцев при нормальных обстоятельствах, но поскольку они не являются водными и нет воды для их защиты, в отличие от земноводных, этот процесс у мышей не был эффективным, потому что чувствительные регенерированные клетки снова подвергались воздействию твердых поверхностей и опять таки. Подход к регенерации у позвоночных животных должен быть применим к млекопитающим и человеческому телу, и, возможно, очень скоро в будущем мы сможем регенерировать сложные органы, которые можно будет использовать для трансплантации органов или любых видов травм, возможно даже рака.
Источник (ы)
Herrera-Rincon C et al. 2018. Краткое местное применение прогестерона через носимый биореактор вызывает долгосрочную регенеративную реакцию у взрослых задних конечностей Xenopus. Cell Reports. 25 (6). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.010
