Самостоятельно восстановить сердце, суставы и кончики пальцев — ученые ищут способ продлить нашу детскую способность к активной регенерации, которая позже пропадает.
Способен ли человек к регенерации?
Исследователи в 1970-х годах описали случай, который произошел с ребенком: он лишился кончика указательного пальца, но спустя время смог полностью восстановиться. Выяснилось, что это не уникальная ситуация, у детей регулярно фиксируют способность к регенерации, но во взрослом возрасте она пропадает.
Это свойство смогли объяснить только в 2013 году: исследователи из США выяснили, что в основании ногтя человека есть группа стволовых клеток. Из-за них происходит постоянный рост ногтей. И благодаря этим же клеткам в детстве люди могут восстановить потерянные кончики пальцев.
Как происходит регенерация в человеческом организме?
Для примера возьмем палец. Он может восстановиться, только если осталась хоть часть ногтевой пластины, так как именно в ней находятся важные для регенерации стволовые клетки. Дальше в эпителии, который расположен под остатками ногтя, начинает активизироваться белок Wnt.
Белок Wnt — это универсальный регулятор индивидуального развития животных, он придает полярность и управляет движением клеток развивающегося эмбриона или регенерирующей конечности.
Белок перемещает в поврежденную область нервные клетки, которые, в свою очередь, запускают рост клеток зародышевой соединительной ткани — они находятся в корне ногтя. Их называют мезенхимальными стволовыми, они создают кости, сухожилия и мускулы.
А животные тоже могут регенерировать конечности?
Да, подобный механизм есть у земноводных, а также его удалось найти у млекопитающих. Изучение последних интересует ученых больше, так как подобные алгоритмы можно экстраполировать на человека.
Это исследование не состоялось бы без одного необычного наблюдения. Доктор Эллен Хебер-Кац заметила, что генетически модифицированные мыши из линии Murphy Roth Large (MRL) могут восстанавливать отверстие в ухе, которое остается от бирок.
Оказалось, что MRL-мыши отличаются от обычных всего одним геном роста и связанными с ним белком HIF-1a. Манипулируя этим геном, можно сделать всех мышей способными к активному самовосстановлению.
После этого группа ученых из разных стран выяснила, что мыши могут регенерировать конечности. Для этого нужно стимулировать ген роста, который обычно активно работает в период эмбрионального развития. Авторы провели эксперимент и пробовали регенерировать разные повреждения у взрослых мышей, например, не только лапки, но и уши.
А люди смогут также восстанавливать конечности и органы?
Да, есть несколько важных механизмов, которые открыли ученые. Благодаря им человек может самовосстанавливаться даже во взрослом возрасте. Также есть работы на млекопитающих, результаты которых можно использовать для изучения человека.
- Суставы
Например, исследователи из США выяснили, что человек способен к регенерации. Они пришли к этому выводу во время изучения образцов хрящей от здоровых добровольцев и пациентов с остеоартритом.
Исследователи обратили внимание на возраст отдельных молекул, которые находились во внеклеточном веществе хрящей. Чем дальше сустав находился от позвоночника, тем больше в нем было молодых недавно образованных белков. Для сравнения, белки в голеностопе были моложе тех, что находились в бедренных суставах.
Также в 2021 году испытали необычную операцию по восстановлению хрящей. Хирурги из Италии, США и Швейцарии вырастили хрящ из клеток носовой перегородки, а затем подсадили его в воспаленный коленный сустав у двух пациентов. Через 14 месяцев после операции у больных повысились показатели индекса, оценивающего течение остеоартроза, что говорит об улучшении их состояния. Чтобы полностью оценить эффективность этого метода лечения, нужно будет провести исследования на большем числе пациентов.
- Сердце
В 2020 году исследователи нашли ген, который отвечает за регенерацию сердца: он называется Myc. Этот ген начинает активно работать во время раковых заболеваний.
Авторы работы изучили, как активация гена Myc влияет на работу сердца, почек и печени мышей. После того, как ген активизировали, количество клеток в этих органах увеличилось. Исследователи проанализировали сердце грызунов и выяснили, что за активность гена Myc в этом органе отвечает белок Cyclin T1, который вырабатывается геном Ccnt1.
Ученые сделали вывод, что если оба этих гена сверхэкспрессировать в клетках сердца у взрослых мышей, то количество клеток в органе увеличится. Это говорит о том, что сердце активно обновляется.
- Мышцы
В 2021 году группа ученых нашла альтернативный способ, с помощью которого мышечная ткань может самовосстанавливаться. В процессе участвуют не стволовые клетки, а ядра.
Исследователи выяснили, что белки, исходящие из поврежденных мышечных волокон, активируют сателлитные клетки. Последние участвуют в регенерации мышечных волокон и отвечают за формирование новых сегментов мышечного волокна. Дальше эти клетки переходят в подготовительную фазу клеточного деления. Когда компоненты разрушенных мышечных волокон были удалены из межклеточной среды, миосателлиты — одноядерные стволовые клетки мышечной ткани — переходили в спящее состояние.
Открытый учеными механизм регенерации необычайно эффективен. Его дальнейшее исследование могло бы прояснить патологию некоторых мышечных заболеваний и помочь в разработке новых лекарственных препаратов.
- Все остальное
Ученые из Австралии создали желеобразный материал для регенерации органов. Он обладает прочностью и долговечностью, как реальная кожа, связки и даже кости. По словам авторов, это биологический гидрогель, с помощью которого можно также создавать мягкую робототехнику.
После экспериментов авторы подтвердили, что это — первый динамический гидрогель, который является прочным, устойчивым к разрушению, самовосстанавливающимся, способным изменять формы и даже «запоминать».
Пока что ученые не смогли полностью восстановить орган или заживить серьезное повреждение тканей, но они смогли продвинуться в смежной области — регенерации с помощью пластырей. Специальные восстанавливающие смеси и точечно доставленные лекарства хорошо работаю в тандеме с организмом, так удается восстановить даже сердце. Почитать об этом подробнее можно по ссылке.
Читать далее
НАСА предлагает посмотреть фото, которое «Хаббл» снял в ваш день рождения
Посмотрите на летающий мотоцикл из Японии. Он стоит $777 000 и летает 40 минут