Po raz pierwszy wykazano, że dorosłe żaby odrastają amputowane nogi, co oznacza przełom w regeneracji narządów.
Regeneracja oznacza ponowny wzrost uszkodzonej lub brakującej części organ z resztek tkanki. Dorośli ludzie mogą z powodzeniem regenerować niektóre narządy, takie jak wątroba, a zwłaszcza skóra, która jest regularnie odnawiana i naprawiana, ale niestety tkanki ludzkie większości narządy nie mają zdolności do regeneracji. Celem medycyny regeneracyjnej jest znalezienie sposobów na ponowne pobudzenie regeneracji tkanek w naszym organizmie. Idealnym rozwiązaniem byłoby uruchomienie ważnych ścieżek, które mogą przywrócić tkankę, na przykład kończynę, z jej własnych komórek, jednak nie jest to proste, ponieważ naukowcy wciąż próbują zrozumieć niuanse regeneracji tkanki.
W badaniu opublikowanym w Raporty komórkoweNaukowcy z Tuft University USA starali się poznać zdolność regeneracji tkanek oraz sposób, w jaki komórki współpracują i tworzą trójwymiarowość organ. Postanowili odtworzyć wzrost tkanki u zwierzęcia, które normalnie się nie regeneruje, i wybrali płaza – dorosłą wodną żabę szponiastą afrykańską (Xenopus laevis) – powszechnie wykorzystywane w badaniach zwierzę laboratoryjne. Płazy mają bardzo ograniczoną zdolność odnowy tkanek, podobnie jak ludzie. Naukowcom udało się zaprojektować urządzenie, które ponownie uruchamia wytwarzanie tkanki w miejscu amputacji i umożliwia częściową regenerację kończyny tylnej u dorosłej żaby Xenopus.
Odrastanie amputowanych kończyn
Najpierw poręczny bioreaktor został wydrukowany w 3D w silikonie i wypełniony hydrożelem. Następnie na hydrożelowy polimer umieszczono nawilżające proteiny jedwabiu, o których wiadomo, że wspomagają gojenie i regenerację. Dodano hormon progesteron – neurosteroid, o którym wiadomo, że bierze udział w menstruacji, ciąży i karmieniu piersią. Progesteron bierze również udział w promowaniu naprawy naczyń krwionośnych nerwów i innych tkanek. Żaby podzielono na grupy eksperymentalne, kontrolne i pozorowane. W grupach kontrolnych i pozorowanych bioreaktor został przyszyty do żab natychmiast po amputacji kończyny. W grupie eksperymentalnej progesteron był uwalniany przez bioreaktor do miejsca amputacji. Urządzenia zostały usunięte po 24 godzinach. Żaby były następnie rutynowo obserwowane przez kilka miesięcy. Żaby w grupach kontrolnych i pozorowanych rozwinęły cienki, chrzęstny kolec w miejscu amputacji, co jest normalne, gdy regeneracja tkanek postępuje bez pomocy. Tylko u żab z grupy eksperymentalnej zaobserwowano, że urządzenie bioreaktora wyzwalało większą regenerację kończyn, a żaby odrastały bardziej ustrukturyzowany wyrostek w kształcie łopatki blisko prawie w pełni uformowanej kończyny. Wskazywało to na wspomaganą regenerację tkanek. Widoczna różnica była zauważalna w ciągu kilku tygodni, co sugeruje, że urządzenie bioreaktora stworzyło środowisko wspierające wokół rana aby umożliwić wzrost tkanki – podobnie jak tkanki rosłyby w zarodku w macicy. Już krótkie dostarczenie progesteronu z bioreaktora (umieszczonego tylko na 24 godziny) spowodowało wzrost tkanki miękkiej i kości w ciągu kilku miesięcy. Analiza histologiczna i badanie molekularne zregenerowanych struktur wykazały, że kończyny te były grubsze i miały bardziej rozwinięte kości, unerwienie i unaczynienie. Zwierzęta leczone progesteronem były również bardziej aktywne niż grupy kontrolne i pozorowane.
Wzrost kończyn ustał po około sześciu miesiącach, ale doprowadził do nietypowego wzrostu palców rąk i nóg. Odrośnięte kończyny miały dobrą objętość i gęstość kości, główne naczynia krwionośne, dobrze osadzone nerwy, a te żaby potrafiły nawet pływać w sposób podobny do tego, w jaki normalne żaby bez amputacji używałyby swoich rodzimych kończyn. Sekwencjonowanie RNA i analiza transkryptomu wykazały, że ekspresja genów w komórkach w miejscu amputacji została zmodyfikowana przez bioreaktor. Tak więc geny związane ze stresem oksydacyjnym i aktywnością białych krwinek były aktywne (podwyższone), a niektóre inne były regulowane w dół. Blizna i odpowiedź immunologiczna zostały również zmniejszone, co pozwoliło na postęp regeneracji poprzez osłabienie naturalnej odpowiedzi organizmu na uraz, który w przeciwnym razie utrudniałby proces regeneracji.
Przyszłość
Badanie to opiera się na logice definiowania programu startowego lub wyzwalającego, który prowadziłby do długoterminowego wzrostu. Można to nazwać nowym modelem stymulacji komórek. Wcześniejsze badania wykazały, że myszy mogą częściowo regenerować amputowane opuszki palców w normalnych warunkach, ale ponieważ nie żyją w wodzie i nie ma wody, która by je chroniła, więc w przeciwieństwie do płazów proces u myszy nie był wydajny, ponieważ wrażliwe zregenerowane komórki zostały ponownie poddane twardym powierzchniom i Ponownie. Podejście do regeneracji kręgowców powinno mieć zastosowanie do ssaków i do organizmu człowieka, a być może już niedługo w przyszłości będziemy mogli zregenerować złożone narządy, które można by wykorzystać do przeszczepów narządów lub wszelkiego rodzaju urazów, a nawet raka.
***
{Możesz przeczytać oryginalną pracę naukową, klikając link DOI podany poniżej na liście cytowanych źródeł}
Źródło (s)
Herrera-Rincon C i in. 2018. Krótkie lokalne zastosowanie progesteronu za pośrednictwem bioreaktora do noszenia indukuje długoterminową odpowiedź regeneracyjną u dorosłych Xenopus Hindlimb. Raporty komórkowe. 25 ust. 6. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.010
***
