Впервые показано, что у взрослых лягушек отрастают ампутированные ноги, что стало прорывом в регенерации органов.
Регенерация означает восстановление поврежденной или отсутствующей части органа из остаточной ткани. Взрослые люди могут успешно регенерировать некоторые органы, такие как печень и особенно кожа, которые регулярно обновляются и восстанавливаются, но, к сожалению, ткани большинства органов человека не обладают способностью к регенерации. Область регенеративной медицины стремится найти способы повторного запуска регенерации тканей в нашем организме. Идеальным решением было бы запустить важные механизмы, которые могут восстановить ткань, например, конечность, из ее собственных клеток, однако это непростая задача, поскольку ученые все еще пытаются понять нюансы регенерации тканей.
В исследовании, опубликованном в журнале Cell Reports , ученые из Университета Тафтса (США) стремились понять способность к регенерации тканей и то, как клетки взаимодействуют и формируют трехмерный орган . Они решили воспроизвести рост тканей у животного, которое обычно не регенерирует, и выбрали амфибию – взрослую африканскую когтистую лягушку (Xenopus laevis) – широко используемое лабораторное животное в исследованиях. Амфибии обладают очень ограниченной способностью к обновлению тканей, подобно человеку. Ученые успешно разработали устройство, которое повторно запускает процесс регенерации тканей в месте ампутации и позволяет частично регенерировать заднюю конечность у взрослой лягушки Xenopus.
Повторно растущие ампутированные конечности
Сначала из силикона был напечатан на 3D-принтере носимый биореактор, который затем был заполнен гидрогелем. После этого на гидрогелевый полимер были нанесены увлажняющие белки шелка, известные своей способностью способствовать заживлению и регенерации. Был добавлен гормон прогестерон – нейростероид, который, как известно, участвует в менструации, беременности и грудном вскармливании. Прогестерон также способствует восстановлению нервов, кровеносных сосудов и других тканей. Лягушки были разделены на экспериментальную, контрольную и ложную группы. В контрольной и ложной группах биореактор был пришит к лягушкам сразу после ампутации конечности. В экспериментальной группе прогестерон высвобождался биореактором на место ампутации. Устройства были удалены через 24 часа. Затем за лягушками регулярно наблюдали в течение нескольких месяцев. У лягушек в контрольной и ложной группах в месте ампутации образовался тонкий хрящевой шип, что является нормой при самостоятельной регенерации тканей. Только у лягушек экспериментальной группы было замечено, что биореактор стимулировал более активную регенерацию конечностей, и у лягушек отрастал более структурированный веслообразный отросток, близкий к почти полностью сформированной конечности. Это свидетельствовало об усиленной регенерации тканей. Видимые изменения стали заметны уже через несколько недель, что говорит о том, что биореактор создал вокруг раны благоприятную среду для роста тканей – подобно тому, как ткани растут в эмбрионе внутри матки. Кратковременное введение прогестерона из биореактора (всего на 24 часа) стимулировало рост мягких тканей и костей в течение нескольких месяцев. Гистологический анализ и молекулярное исследование регенерированных структур показали, что эти конечности были толще и имели более развитые кости, иннервацию и васкуляризацию. Животные, получавшие прогестерон, также были более активны, чем контрольная и ложнооперированная 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. Кратковременное местное применение прогестерона с помощью носимого биореактора вызывает долговременный регенеративный ответ в задних конечностях взрослых лягушек Xenopus. Cell Reports . 25(6). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.010
