За първи път е показано, че възрастните жаби израстват отново ампутирани крака, отбелязвайки това като пробив в регенерацията на органите.
Регенерация означава повторно отглеждане на повредена или липсваща част от орган от остатъчна тъкан. Възрастните хора могат успешно да регенерират някои органи като черния дроб и особено кожата, която редовно се обновява и ремонтира, но за съжаление човешките тъкани на повечето органи нямат способността да се регенерират. Областта на регенеративната медицина има за цел да намери начини за повторно задействане на регенерацията на тъканите в нашето тяло. Идеалното решение би било да се задействат важни пътища, които могат да възстановят тъкан, например крайник, от собствените й клетки, но това не е лесен случай, тъй като учените все още се опитват да разберат нюансите на регенерацията на тъканите.
В проучване, публикувано в Reports Cell, учени от университета Туфт в САЩ имаха за цел да разберат способността за регенерация на тъканите и как клетките си сътрудничат и образуват триизмерно орган. Те избраха да възпроизведат растеж на тъкан в животно, което обикновено не се регенерира, и избраха земноводно – възрастна водна африканска жаба с нокти (Xenopus laevis) – често използвано лабораторно животно в изследванията. Земноводните имат много ограничен капацитет за обновяване на тъканите, подобно на хората. Учените успешно проектираха устройство, което задейства отново генерирането на тъкан на мястото на ампутация и позволява частично регенериране на заден крайник при възрастна жаба Xenopus.
Повторно отглеждане на ампутирани крайници
Първо, носещ биореактор беше отпечатан в 3D в силиций и беше напълнен с хидрогел. След това върху този хидрогелен полимер бяха поставени хидратиращи копринени протеини, за които е известно, че насърчават заздравяването и регенерацията. Добавен е хормонът прогестерон – невростероид, за който е общоизвестно, че участва в менструацията, бременността и кърменето. Прогестеронът също участва в насърчаването на възстановяването на нервните кръвоносни съдове и други тъкани. Жабите бяха разделени на експериментални, контролни и фалшиви групи. В контролните и фалшивите групи биореакторното устройство беше зашито в жабите веднага след ампутацията на крайника. В експериментална група прогестеронът се освобождава от биореактора върху мястото на ампутация. Устройствата бяха отстранени след 24 часа. След това жабите бяха рутинно наблюдавани в продължение на няколко месеца. Жабите в контролните и фалшивите групи развиват тънък, хрущялен шип на мястото на ампутация, което е нормално, когато регенерацията на тъканта напредва без чужда помощ. Само при жаби от експериментална група се наблюдава, че биореакторното устройство задейства по-голяма регенерация на крайниците и жабите възстановяват по-структуриран придатък с форма на гребло близо до почти напълно оформен крайник. Това е показателно за подпомагана регенерация на тъканите. Видимата разлика беше забележима в рамките на няколко седмици, което предполага, че устройството за биореактор създава поддържаща среда около рана за да се даде възможност на тъканта да расте – подобно на това как ще растат тъканите в ембрион вътре в матката. Само кратка доставка на прогестерон от биореактора (поставен само за 24 часа) е предизвикала растеж на меки тъкани и кости в продължение на няколко месеца. При хистологичен анализ и молекулярна инспекция на регенерираните структури се установи, че тези крайници са по-дебели и имат по-развити кости, инервация и васкуларизация. Животните, лекувани с прогестерон, също са по-активни от контролните и фалшивите групи.
Растежът на крайниците спря след около шест месеца, но това доведе до типичен растеж на пръстите на ръцете и краката. Възрастналите крайници имаха добър обем и плътност на костите, главни кръвоносни съдове, добре поставени нерви и тези жаби дори можеха да плуват подобно на това как нормалните неампутирани жаби биха използвали родните си крайници. РНК секвенирането и анализът на транскриптома показват, че генната експресия в клетките на мястото на ампутация е модифицирана от биореактора. И така, гените, свързани с оксидативния стрес и активността на белите кръвни клетки, бяха активни (регулирани нагоре), а някои други бяха регулирани надолу. Белезите и имунната реакция също бяха намалени, като по този начин позволиха регенерацията да продължи чрез отслабване на естествения отговор на тялото към нараняване, което иначе би попречило на процеса на регенерация.
Бъдеще
Това проучване се основава на логиката на дефиниране на програма за стартиране или задействане, която би довела до дългосрочен растеж. Може да се нарече нов модел на клетъчна стимулация. По-ранни проучвания показват, че мишките могат частично да регенерират ампутирани върхове на пръстите при нормални обстоятелства, но тъй като те не са водни и няма вода, която да ги предпази, така че за разлика от земноводните процесът при мишки не е ефективен, тъй като чувствителните регенерирани клетки са били подложени отново на твърди повърхности и отново. Подходът за регенерация при гръбначни животни трябва да бъде приложим за бозайници и за човешкото тяло и може би много скоро в бъдеще можем да регенерираме сложни органи, които биха могли да се използват за трансплантация на органи или всякакви наранявания, може би дори рак.
***
Източник (и)
Herrera-Rincon C et al. 2018. Кратко локално приложение на прогестерон чрез носещ биореактор предизвиква дългосрочен регенеративен отговор в задните крайници на възрастен Xenopus. Reports Cell. 25 (6). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.010
***
