Cum să crești un picior nou Întreabă-l pe axolotl!
Ce întorsătură. Totul s-a dovedit a fi complet diferit de ceea ce au crezut oamenii de știință anterior. Studiile pe termen lung ale salamandrelor - campioni în regenerarea țesuturilor - au ratat o trăsătură importantă a procesului de regenerare și, în plus, au căutat indicii despre aceasta în locul greșit. Iar concluzia principală din noua lucrare este optimistă: oamenii au toate șansele să învețe trucul amfibienilor.
Noi lecții despre creșterea membrelor au fost predate oamenilor de știință de către axolotl mexican (Ambystoma mexicanum). Această creatură este unul dintre cele mai remarcabile exemple de auto-vindecare din regnul animal.
Cum este coada la unele șopârle: axolotul crește cu succes un picior nou, complet funcțional, în loc de unul tăiat, recreând cu scrupulozitate toate oasele, toți mușchii, pielea, vasele de sânge, fibrele nervoase. Durează doar trei săptămâni. Plămânii afectați sau măduva spinării sunt, de asemenea, reconstruiți în mod remarcabil în aceste salamandre (și într-un număr de altele). Și nu există cicatrici. Așa ar fi la noi.
Se știe de mult timp că restaurarea unui organ începe cu apariția unui blastem - o acumulare de celule asemănătoare unei tumori, care apoi se înmulțesc și se transformă în diferite țesuturi. Aceste celule noi sunt generate de celulele normale la locul leziunii, dar celulele blastemului sunt nediferențiate. Cu toate acestea, ei învață cumva în ce se vor transforma mai târziu. Deci în nici un fel nu poate apărea o coadă în locul unui picior pierdut. Acest sistem de control este un adevărat mister, vălul secretului peste care a fost ridicat de noi experimente.
Schema generală a experimentelor: un animal transgenic sintetizează o proteină fluorescentă în toate țesuturile sale.Tipul specific de celule de interes pentru oamenii de știință din acest specimen este transplantat într-un animal obișnuit, în care un membru este apoi tăiat. După ce a trecut prin stadiul de blastem, membrul crește din nou, iar markerii fluorescenți vă permit să determinați cu exactitate în ce tip de celule s-au transformat „extratereștrii” transplantați (foto de Martin Kragl et.al.).
Pentru a afla complexitatea regenerării, oamenii de știință au introdus în axoloți gena responsabilă de sinteza proteinei fluorescente verzi (celebra „Nobel GFP”, atât de importantă pentru organismele subacvatice).
Apoi, biologii au luat alternativ anumite celule de la animale transgenice și le-au introdus în salamandrele nemodificate în zona rănilor viitoare. Și deoarece informațiile genetice despre GFP au fost păstrate în toate celulele - descendenți ai celulelor împrumutate, poziția lor în organism, inclusiv în organul nou crescut, a putut fi urmărită cu mare precizie.
Astfel, a fost dezvăluit un secret uimitor. Celulele blasteme nu sunt identice, deși nu sunt încă celule ale anumitor țesuturi. Dar își amintesc din ce celule provin, și astfel, fostele celule ale țesutului muscular produc doar mușchi, celulele fibrelor nervoase produc nervi noi, celulele pielii produc piele și așa mai departe (cu rare excepții, despre ele - puțin mai jos).
Adică, în ciuda stadiului de blastem, aceste celule stem rămân esențial diferite pe tot parcursul procesului de regenerare.
Partea de sus a figurii: Celula Schwann s-a răspândit în zilele 3, 7, 18 și 25 după amputare. De jos: diferiți markeri și tehnici de imagistică au permis oamenilor de știință să distingă clar un tip de celulă de altul (fotografie de Martin Kragl și colab.).
Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că unele celule își amintesc nu numai identitatea, ci și poziția lor în organism. Celulele cartilajului, de exemplu, își amintesc că au format anterior umărul sau membrul inferior și migrează acolo în noul organ, în timp ce toate celulele Schwann pur și simplu se deplasează fără discriminare oriunde sunt necesare.
Tanaka spune că această muncă va declanșa o schimbare majoră în gândirea cerințelor de regenerare. Explicând de ce salamandrele pot regenera membrele, dar oamenii nu pot, ea explică: „Ipoteza a fost că salamandrele pot modifica foarte mult identitatea celulei”.
Dar, de fapt, celulele lor nu își pierd niciodată „originalitatea”, reiese din noile experimente, „dimpotrivă, salamandrele par să folosească celule stem din țesuturi specifice care sunt „limitate” în capacități, capabile să genereze doar o anumită parte. a unui membru nou.
Tanaka subliniază că oamenii posedă și celule stem specifice țesuturilor care înlocuiesc tipurile de țesut corespunzătoare. Doar noi avem o astfel de vindecare care merge încet. „Salamandrele nu fac nimic mult mai complex decât pot face celulele stem umane”, spune cercetătorul.
Deci, împingerea celulelor umane să se regenereze nu poatear necesita un pas atât de radical precum transformarea celulelor în celule pluripotente, pe care multe universități și institute au concurat între ele, demonstrând uneori rezultate uimitoare.
Dar acum se dovedește că brevetul naturii nu prevede întoarcerea „ceasului celular” atât de mulți pași înapoi, ci are loc doar o mică „retroducere”. Și acest proces amintește mai mult de experimentele cu reprogramarea directă a unor tipuri de celule în altele, ocolind stadiul pluripotent.
Dar el avertizează că oamenii de știință nu au stabilit încă dacă acest principiu este valabil atât pentru axoloții adulți, cât și pentru tritoni? Dacă același mecanism stă la baza altor exemple de regenerare, va schimba fundamental înțelegerea de către oamenii de știință a condițiilor pentru acest proces remarcabil, spune Alejandro.
Dar întrebarea fundamentală rămâne fără răspuns: dacă oamenii au deja celule stem din diferite țesuturi diferențiate, care este diferența dintre celulele noastre și celulele salamandrei? Și mai larg - alte animale?
Tanaka și colegii ei intenționează să se ocupe de această problemă: vor continua să efectueze experimente în speranța de a afla exact care gene sunt activate în anumite etape ale procesului și ce semnale moleculare induc celulele de la locul rănii să formeze un blastema și urmați întregul drum pentru a recrea membrul.