Creșterea înapoi a unui picior pierdut NZZ
O salamandră poate restabili un picior amputat într-un timp scurt. Potrivit noilor descoperiri, putem învăța multe de la șoareci. Este posibil să existe un anumit potențial latent la oameni.
Axolotlul salamandrei mexicane poate regenera un picior întreg în cinci săptămâni. (Imagine: Centrul pentru Terapii Regenerative Dresda/PD)
Amfibienii sunt adevărați stăpâni ai regenerării. Salamandrele și tritonii pot face să crească picioare întregi, brațe și uneori chiar organe interne într-o manieră complet funcțională. De secole cercetătorii s-au întrebat ce se întâmplă diferit în procesul de vindecare a acestor animale decât în al nostru; și mai presus de toate, dacă am pierdut irevocabil această abilitate în cursul evoluției sau dacă mai avem un anumit potențial latent. Există dovezi din ce în ce mai mari că acesta din urmă este adevărat. Acum câteva luni, de exemplu, a fost publicat un studiu care arată că șoarecii coloanei vertebrale africane (Acomys) inițiază procese de regenerare similare cu cele ale amfibienilor. Aceasta înseamnă că căile de semnalizare moleculară sunt prezente și la vertebratele superioare.
O salamandră poate restabili un picior amputat într-un timp scurt. Potrivit noilor descoperiri, putem învăța multe de la șoareci. Este posibil să existe un anumit potențial latent la oameni.
Axolotlul salamandrei mexicane poate regenera un picior întreg în cinci săptămâni. (Imagine: Centrul pentru Terapii Regenerative Dresda/PD)
Amfibienii sunt adevărați stăpâni ai regenerării. Salamandrele și tritonii pot face să crească picioare întregi, brațe și uneori chiar organe interne într-o manieră complet funcțională. De secole cercetătorii s-au întrebat ce se întâmplă diferit în procesul de vindecare a acestor animale decât în al nostru; și mai presus de toate, dacă am pierdut irevocabil această abilitate în cursul evoluției sau dacă mai avem un anumit potențial latent. Există dovezi din ce în ce mai mari că acesta din urmă este adevărat. Acum câteva luni, de exemplu, a fost publicat un studiu care arată că șoarecii africani spinoși (Acomys) inițiază procese de regenerare similare cu cele ale amfibienilor. Aceasta înseamnă că căile de semnalizare moleculară sunt prezente și la vertebratele superioare.
Piele nouă la șoareci
La fel ca șopârlele care își aruncă coada pentru a deruta un urmăritor, șoarecii africani spinoși își rup pielea de pe spate pentru a scăpa de un atacator. Pentru ca o astfel de tactică să nu fie un dezavantaj pe termen lung, pielea pierdută trebuie să crească din nou împreună cu părul cât mai repede și complet posibil. Aceasta este deja o particularitate pentru mamifere, deoarece foliculii de păr în care crește și ancorează părul sunt rareori restabiliți după deteriorare. Ashley Seifert de la Universitatea din Florida și colegii săi au dorit să investigheze această abilitate la două specii de șoareci africani - așa-numiți din cauza părului lor aspru. Când animalele au fost prinse în sălbăticia Kenya, mulți dintre ei și-au aruncat pielea. Rănile rezultate au fost parțial extinse și acoperite până la jumătate din spate.
Cu toate acestea, la 80% dintre animale, rana a fost închisă cu o epidermă a plăgii, un strat subțire de celule epidermice, după trei zile. După câteva săptămâni, s-a format o piele elastică cu păr, lipsită de cicatrici. Pentru reînnoirea foliculilor de păr au fost activate căile de semnalizare moleculară, pe care aceste structuri le dezvoltă și în timpul dezvoltării embrionare. Pentru a testa în continuare capacitatea regenerativă a Acomys, cercetătorii au perforat patru găuri de milimetru în urechile șoarecilor și au comparat procesul de vindecare cu cel al șoarecilor de casă. Aceștia din urmă nu au reușit să închidă complet găurile și s-au format mai ales țesut cicatricial. Cu toate acestea, șoarecii spinoși au umplut rapid gaura cu țesuturile prezente în mod normal acolo: pielea superioară (epiderma), dermul, cartilajul și țesutul gras, lipseau doar mușchii.
Procesul de regenerare a fost similar cu cel al amfibienilor: celulele epidermice au acoperit rapid rana, sub o zonă cu celule care se divid rapid și s-a format țesut conjunctiv din fibre de colagen similar cu cel al pielii sănătoase. Cu toate acestea, la șoareci de casă, contactul dintre epiderma plăgii și celulele subiacente a fost întrerupt în curând de o membrană bazală și s-au format majoritatea fibrelor de colagen de tip țesut cicatricial. Acest lucru este tipic mamiferelor și se întâmplă și la oameni: rănile se vindecă prin cicatrici. Țesutul este mai puțin elastic după aceea, lipsesc părul și glandele sudoripare.
Zona cu celule care se divid rapid la șoarecii spinoși a fost similară cu așa-numitul blastem. La amfibieni, această regiune apare chiar sub epidermă și este esențială pentru regenerare. De asemenea, conține celule care se divid rapid, care sunt mai puțin specializate decât celulele adulte și care produc proteine specifice dezvoltării. Celulele blastemice reconstruiesc întregul membru lipsă.
Oamenii de știință presupuneau de mult că celulele blastemice sunt un grup uniform de celule care, la fel ca celulele stem, sunt pluripotente și se pot dezvolta în mai multe tipuri de celule diferite. Cu câțiva ani în urmă, însă, cercetătorii conduși de Elly Tanaka de la Centrul pentru Terapii Regenerative din Dresda au arătat că celulele blastemice sunt formate din diferite tipuri de țesuturi și au un potențial de dezvoltare limitat.
Cercetătorii au investigat regenerarea în axolotl, o salamandră mexicană care trăiește în apă și este legată de salamandre. Fiecare a colorat tipuri individuale de celule în brațele animalelor. Apoi au amputat o bucată scurtă și au observat ce tipuri de celule au fost nou formate din celulele marcate (vezi graficul). S-a arătat că celulele musculare formează doar mușchi, celulele Schwann învăluind nervii numai celulele Schwann și celulele epidermice doar epiderma. Numai celulele cartilajului și celulele dermice au fost mai puțin constrânse, producând atât cartilaj, cât și derm. Este posibil ca celulele blastemice să fie celule stem specifice țesutului cu potențial de dezvoltare limitat.
Chiar dacă celulele blastemice nu se transformă într-o stare embrionară, li se întâmplă ceva care declanșează procesele embrionare, astfel încât să se formeze un nou membru. Aceasta reactivează căile de semnalizare moleculară care altfel sunt active numai în timpul dezvoltării embrionare - acest lucru a fost demonstrat de diferite studii amfibiene din ultimii ani.
Sistemul imunitar ca obstacol
Una dintre cele mai fundamentale întrebări pe care cercetătorii le pun este de ce căile de semnalizare embrionară nu sunt reactivate la om după un prejudiciu. Potrivit lui Seifert, se poate spune doar: „Nu știm”. Mamiferele au vindecat rănile cu cicatrici. Comparativ cu amfibienii, acest lucru pare a fi un dezavantaj. Dar există probabil un motiv pentru aceasta.
O ipoteză este că capacitatea de regenerare a fost pierdută în favoarea unui sistem imunitar mai bun. Raționamentul se bazează pe observația că capacitatea de regenerare scade odată cu creșterea dezvoltării sistemului imunitar. Acest lucru se întâmplă atât la mamifere, care au un sistem imunitar slab dezvoltat ca embrioni și regenerează leziunile pielii fără cicatrici în acest timp, cât și la broaște, care își refac complet extremitățile într-un stadiu larvar. Cu cât se apropie de metamorfoză, cu atât regenerarea este mai puțin completă și se oprește complet în stadiul de broască. În același timp, sistemul imunitar dezvoltă capacitatea de a distinge celulele străine de celulele proprii ale corpului și de a lupta împotriva celulelor străine într-un mod țintit. Salamandrelor și tritonii le lipsește acest răspuns imunitar specific vertebratelor superioare.
Anthony Mescher de la Universitatea din Indiana studiază ipoteza sistemului imunitar de câțiva ani. El suspectează că sistemul imunitar specific clasifică celulele blastemice ca străine. Înainte ca acestea să se dezvolte în diferite tipuri de celule la amfibieni, ele produc proteine model. Acestea sunt folosite pentru a organiza structura noului membru și pentru a informa celulele despre unde se află și ce să facă în acel moment. Proteinele model ar fi altfel produse numai în timpul dezvoltării embrionare atunci când sistemul imunitar specific nu s-a dezvoltat încă, spune Mescher. Este posibil ca celulele imune să distrugă acele celule care aveau aceste proteine la suprafață. Ipoteza este speculativă, dar există unele dovezi care să o susțină. Prin urmare, el subliniază că cercetătorii de regenerare ar trebui să ia în considerare sistemul imunitar în studiile lor.
Acest lucru ar putea fi important. Una dintre viziunile cercetătorilor este utilizarea substanțelor semnal pentru a iniția procese de regenerare asemănătoare amfibienilor la oameni. Ken Muneoka de la Universitatea Tulane din New Orleans și colegii săi au reușit să facă acest lucru cu șoareci. Șoarecii și copiii umani pot regenera vârful degetului tăiat dacă lipsește doar o bucată scurtă. Deoarece există puține cazuri descrise clinic de copii, nu este clar dacă numai țesuturile moi cresc înapoi sau, ca și în cazul regenerării reale, și oasele.
La șoareci, acest lucru este nou format; dar diferit de amfibieni. Este adevărat că șoarecii au, de asemenea, o structură asemănătoare exploziei, cu celule care se divid rapid, care produc proteine specifice dezvoltării. Cu toate acestea, osul nu este acumulat din țesut cartilagin, ca în dezvoltarea embrionară, ci din celulele progenitoare ale țesutului conjunctiv. Membrele regeneratoare ale amfibienilor, pe de altă parte, reproduc întreaga dezvoltare embrionară.
Situația a fost diferită la șoareci, în care echipa lui Muneoka a indus artificial regenerarea. Cercetătorii au folosit proteine de semnalizare (BMP2 sau BMP7) pe care le-au plasat într-o plagă normal non-regenerativă în spatele ultimei falange. Regenerarea indusă artificial a continuat apoi ca la amfibieni: osul a fost format din cartilaj. Cercetatorii au aratat ca o rana normala la un mamifer poate fi transformata intr-o rana regenerativa prin intermediul unui factor de crestere.
Mai este un drum lung de parcurs
Cu toate acestea, deziluzia a venit anul trecut când cercetătorii au încercat să inducă regenerarea penultimului falang la șoareci. Deși acest lucru a avut succes cu BMP2, doar falanga pe care a fost efectuată amputarea s-a regenerat. Ultima legătură și îmbinarea dintre legături lipseau. Potrivit cercetătorilor, BMP2 induce regenerarea specifică site-ului. Acest lucru sugerează că celulele mamiferelor au, de asemenea, o „memorie locală” (vezi caseta). Spre deosebire de amfibieni, totuși, ei nu îl pot folosi pentru a organiza o regenerare completă a membrelor lipsă. Reproduc doar partea din care provin. Deci, este încă departe de o regenerare asemănătoare amfibienilor.