Для большинства млекопитающих способность отращивать утраченные части тела является биологически недостижимой целью. В то время как ребенок может восстановить кончик отрезанного пальца, а мышь — часть конечности, остальная часть тела остается неспособной на подобные подвиги. Это резко контрастирует со «сверхрегенераторами», такими как саламандры и морские звезды, которые способны заново отрастить целые конечности.
Новое исследование, опубликованное в журнале Science, предполагает, что ответ на вопрос, почему возможности млекопитающих ограничены, может крыться не только в нашей ДНК, но и в химических и средовых условиях, окружающих наши клетки.
Роль внеклеточного матрикса
Одним из главных препятствий для регенерации у млекопитающих является образование рубцов. В большинстве случаев при серьезной травме организм отдает приоритет быстрому закрытию раны с помощью рубцовой ткани, которая фактически блокирует любую возможность восстановления.
Исследование, проведенное под руководством Байрона Муи в Медицинской школе Стэнфордского университета, изучало, почему кончик пальца может восстановиться, а остальная часть пальца — нет. Исследователи сосредоточились на внеклеточном матриксе — структурном материале, который окружает клетки и поддерживает их.
- Открытие: Мыши с более высоким уровнем гиалуроновой кислоты во внеклеточном матриксе могли более эффективно восстанавливать части пальцев и с гораздо меньшим образованием рубцов.
- Значение: Гиалуроновая кислота — вещество, которое часто используется в косметологии для удержания влаги, — по всей видимости, играет решающую роль в создании биологической среды, способствующей заживлению, а не рубцеванию.
Уровень кислорода и клеточное восприятие
Второе исследование изучало средовые триггеры, которые позволяют одним видам регенерировать, а другим — нет. Сравнивая головастиков африканской когтистой лягушки (которые могут восстанавливать конечности) с эмбрионами мышей (которые не могут), исследователи выявили связь между уровнем кислорода и регенеративной способностью.
Молекулярный биолог Георгиос Циссиос и его команда обнаружили следующее:
1. Среда с низким содержанием кислорода — подобная водной среде обитания головастиков — помогала тканям эмбриона мыши заживать более эффективно.
2. Снизив уровень кислорода в конечностях мышей, исследователи смогли запустить ранние регенеративные реакции, которые обычно отсутствуют у млекопитающих.
3. Однако есть сложный нюанс: клетки головастиков, по-видимому, менее чувствительны к изменениям уровня кислорода, чем клетки мышей. Это говорит о том, что то, как клетка воспринимает свою среду, так же важно, как и сама среда.
Почему это важно для будущего
Эти результаты знаменуют собой смену парадигмы в подходе ученых к регенеративной медицине. Вместо того чтобы фокусироваться исключительно на изменении генов, исследователи теперь изучают, как манипулировать локальной средой раны, чтобы «обмануть» клетки млекопитающих и заставить их вести себя подобно клеткам саламандры.
Хотя эти исследования пока не привели к полному отращиванию конечностей, они создают дорожную карту для будущей терапии. Контролируя уровень гиалуроновой кислоты и регулируя воздействие кислорода, ученые надеются со временем перейти от лечения простых ран к регенерации сложных тканей.
«Как научное сообщество, собирая эти фрагменты пазла воедино, мы в конечном итоге придем к возможности регенерации конечностей у человека». — Джессика Уайт, Гарвардский университет
Заключение
Определив гиалуроновую кислоту и уровень кислорода как ключевые факторы регенерации, данное исследование приближает нас к пониманию того, как преодолеть процесс рубцевания у млекопитающих. Хотя полное восстановление конечностей остается отдаленной целью, эти биологические ключи закладывают фундамент для будущих прорывов в тканевой инженерии и заживлении ран.
