Вперше було показано, що у дорослих жаб відростають ампутовані ноги, що означає прорив у регенерації органів.
Regeneration означає відновлення пошкодженої або відсутньої частини орган із залишкової тканини. Дорослі люди можуть успішно регенерувати деякі органи, такі як печінка і особливо шкіру, яка регулярно оновлюється та відновлюється, але, на жаль, більшість людських тканин органів не мають здатності до регенерації. Галузь регенеративної медицини спрямована на пошук способів відновлення регенерації тканин у нашому тілі. Ідеальним рішенням було б запустити важливі шляхи, які можуть відновити тканину, наприклад, кінцівку, з її власних клітин, однак це непростий випадок, оскільки вчені все ще намагаються зрозуміти нюанси регенерації тканин.
У дослідженні, опублікованому в Cell Reports, scientists from Tuft University USA aimed to understand tissue regeneration capacity and how cells cooperate and form a three-dimensional орган. They chose to reproduce tissue growth in an animal which normally does not regenerate and they chose an amphibian – adult aquatic African clawed frog (Xenopus laevis) – a commonly used laboratory animal in research. Amphibians have very limited tissue renewal capacity similar to humans. Scientists successfully designed a device which retriggers tissue generation at the amputation site and enables to partially regenerate a hindlimb in adult Xenopus frog.
Відродження ампутованих кінцівок
Спочатку переносний біореактор був надрукований у 3D на кремнії та заповнений гідрогелем. Потім на гідрогелевий полімер помістили зволожуючі білки шовку, які, як відомо, сприяють загоєнню та регенерації. Додано гормон прогестерон – нейростероїд – який, як відомо, бере участь у менструації, вагітності та грудному вигодовуванні. Прогестерон також бере участь у сприянні відновлення нервових кровоносних судин та інших тканин. Жаби були розділені на експериментальну, контрольну та фіктивну групи. У контрольній і фіктивній групах біореакторний пристрій вшивали в жаб одразу після ампутації кінцівки. В дослідній групі прогестерон вивільнявся біореактором на місце ампутації. Апарати були вилучені через 24 години. Потім за жабами регулярно спостерігали протягом кількох місяців. Жаби в контрольній і фіктивній групах розвинули тонкий хрящовий шип у місці ампутації, що є нормальним, коли регенерація тканини прогресує без сторонньої допомоги. Лише у жаб експериментальної групи було помічено, що пристрій біореактора викликав більшу регенерацію кінцівок, і у жаб відродився більш структурований веслоподібний відросток поряд із майже повністю сформованою кінцівкою. Це вказувало на сприяння регенерації тканин. Видима різниця була помітна протягом кількох тижнів, що свідчить про те, що пристрій біореактора створив навколо себе середовище підтримки рана щоб забезпечити ріст тканин – подібно до того, як тканини ростуть у ембріона всередині матки. Лише коротка доставка прогестерону з біореактора (розміщеного лише на 24 години) викликала ріст м’яких тканин і кісток протягом кількох місяців. Після гістологічного аналізу та молекулярного огляду регенерованих структур було виявлено, що ці кінцівки були товщі та мали більш розвинені кістки, іннервацію та васкуляризацію. Тварини, які отримували прогестерон, також були більш активними, ніж контрольна та фіктивна 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.
***
{Ви можете прочитати оригінальну дослідницьку роботу, натиснувши посилання DOI, наведене нижче в списку цитованих джерел(ів)}
Джерела
Herrera-Rincon C та ін. 2018. Коротке місцеве застосування прогестерону через біореактор, який можна носити, викликає довгострокову регенеративну відповідь у задніх кінцівок дорослого Xenopus. Cell Reports. 25 (6). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.010
***
