Вперше було показано, що у дорослих жаб відростають ампутовані ноги, що означає прорив у регенерації органів.
Регенерація означає відновлення пошкодженої або відсутньої частини органу із залишкової тканини. Дорослі люди можуть успішно регенерувати деякі органи, такі як печінка та особливо шкіра, яка регулярно оновлюється та відновлюється, але, на жаль, тканини більшості органів людини не мають здатності до регенерації. Галузь регенеративної медицини прагне знайти способи відновлення тканин у нашому організмі. Ідеальним рішенням було б запустити важливі шляхи, які можуть відновити тканину, наприклад, кінцівку, з її власних клітин, проте це непростий випадок, оскільки вчені все ще намагаються зрозуміти нюанси регенерації тканин.
У дослідженні, опублікованому в Cell Reports , вчені з Університету Тафта, США, мали на меті зрозуміти здатність до регенерації тканин та те, як клітини співпрацюють та формують тривимірний орган . Вони вирішили відтворити ріст тканин у тварини, яка зазвичай не регенерує, і обрали амфібію – дорослу водну африканську пазуристу жабу (Xenopus laevis) – часто використовувану лабораторну тварину в дослідженнях. Амфібії мають дуже обмежену здатність до оновлення тканин, подібно до людей. Вченим успішно вдалося розробити пристрій, який повторно запускає генерацію тканин у місці ампутації та дозволяє частково регенерувати задню кінцівку у дорослої жаби Xenopus.
Відродження ампутованих кінцівок
Спочатку з кремнію надрукували 3D-модель носимого біореактора та заповнили його гідрогелем. Далі на цей гідрогелевий полімер помістили зволожуючі білки шовку, які, як відомо, сприяють загоєнню та регенерації. Було додано гормон прогестерон – нейростероїд – який, як відомо, бере участь у менструації, вагітності та грудному вигодовуванні. Прогестерон також бере участь у сприянні відновленню нервових кровоносних судин та інших тканин. Жаб розділили на експериментальну, контрольну та контрольну групи. У контрольній та контрольній групах біореакторний пристрій вшивали в жаб одразу після ампутації кінцівки. В експериментальній групі прогестерон вивільнявся біореактором на місце ампутації. Пристрої видаляли через 24 години. Потім за жабами регулярно спостерігали протягом кількох місяців. У жаб у контрольній та контрольній групах розвинувся тонкий хрящовий шип у місці ампутації, що є нормальним явищем, коли регенерація тканин протікає без сторонньої допомоги. Тільки у жаб експериментальної групи спостерігалося, що біореакторний пристрій викликав більшу регенерацію кінцівок, і жаби відростили більш структурований лопатоподібний придаток майже до повністю сформованої кінцівки. Це свідчило про сприяння регенерації тканин. Видима різниця була помітна вже протягом кількох тижнів, що свідчить про те, що біореактор створив середовище підтримки навколо рани , що сприяло росту тканин – подібно до того, як тканини ростуть у ембріона всередині матки. Лише короткочасна подача прогестерону з біореактора (розміщеного лише на 24 години) спровокувала ріст м’яких тканин і кісток протягом кількох місяців. Після гістологічного аналізу та молекулярного дослідження регенерованих структур було виявлено, що ці кінцівки були товстішими та мали більш розвинені кістки, іннервацію та васкуляризацію. Тварини, яких отримували прогестерон, також були активнішими, ніж контрольна та контрольна групи.
Ріст кінцівок припинився приблизно через шість місяців, але це призвело до типового росту пальців рук і ніг. Відрослі кінцівки мали хороший об’єм і щільність кісток, основні кровоносні судини, добре закладені нерви, і ці жаби навіть могли плавати так само, як звичайні неампутовані жаби, використовуючи свої рідні кінцівки. Секвенування РНК і аналіз транскриптомів показали, що експресія генів у клітинах у місці ампутації була змінена біореактором. Таким чином, гени, пов’язані з окислювальним стресом і активністю білих кров’яних тілець, були активними (підвищуваними), а деякі інші були зниженими. Рубцювання та імунна реакція також були зменшені, що дозволило продовжити регенерацію шляхом послаблення природної реакції організму на травму, яка інакше перешкоджала б процесу регенерації.
Future
Це дослідження базується на логіці визначення кікстарту або тригерної програми, яка призведе до довгострокового зростання. Це можна назвати новою моделлю клітинної стимуляції. Більш ранні дослідження показали, що миші можуть частково регенерувати ампутовані кінчики пальців за звичайних обставин, але оскільки вони не живуть у воді й немає води, щоб захистити їх, тож, на відміну від амфібій, процес у мишей не був ефективним, оскільки чутливі регенеровані клітини знову піддавалися твердим поверхням і знову. Підхід до регенерації хребетних тварин повинен бути застосовний до ссавців і людського тіла, і, можливо, дуже скоро в майбутньому ми зможемо відновити складні органи, які можна буде використовувати для трансплантації органів або будь-яких травм, можливо, навіть раку.
***
Джерела
Herrera-Rincon C та ін. 2018. Короткочасне локальне застосування прогестерону через носимий біореактор викликає довготривалу регенеративну реакцію у дорослих ксенопусів задніх кінцівок. Cell Reports . 25(6). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.010
***
