Впервые показано, что у взрослых лягушек отрастают ампутированные ноги, что стало прорывом в регенерации органов.
Регенерация означает повторное выращивание поврежденной или отсутствующей части орган от остаточной ткани. Взрослые люди могут успешно регенерировать некоторые органы, такие как печень, и особенно кожа, которая регулярно обновляется и восстанавливается, но, к сожалению, человеческие ткани большинства органов не обладают способностью к регенерации. Область регенеративной медицины направлена на поиск способов возобновить регенерацию тканей в нашем организме. Идеальным решением было бы привести в движение 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 Тафт США стремились понять способность к регенерации тканей и то, как клетки взаимодействуют и образуют трехмерный орган. Они решили воспроизвести рост тканей у животного, которое обычно не регенерирует, и выбрали амфибию - взрослую водную африканскую когтистую. лягушка (Xenopus laevis) - широко используемое лабораторное животное в исследованиях. У земноводных очень ограниченная способность к обновлению тканей, как у людей. Ученые успешно разработали устройство, которое перезапускает образование ткани 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.
{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}
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
