Если вы отрезаете ногу от саламандры, она отрастает. Люди, однако, не могут справиться с этим трюком. Причины далеко не просты, и в какой-то степени все еще остаются загадкой.
«Мы действительно очень хорошо регенерируем; например, наш эпидермис», - сказал в прямом эфире Live Science Дэвид Гардинер, профессор биологии развития и клеточной биологии Калифорнийского университета в Ирвине, имея в виду верхний слой кожи. «Наша внутренняя оболочка, мы можем регенерировать кусочки и кусочки. Но мы не регенерируем эти более сложные структуры».
Гардинер изучал регенерацию саламандры в течение многих десятилетий, ища основной механизм сверхдержавы. По его словам, регенерация человека, скорее всего, еще впереди, но не слишком далеко - возможно, один из его нынешних аспирантов или докторантов взломает ее, и регенерация конечностей станет частью медицинского инструментария.
Это потому, что теоретически вырастить человеческую конечность должно быть возможно. Например, в коже, если порезы не глубокие, не будет рубцов из-за процесса заживления, который восстанавливает клетки кожи. Люди также могут регенерировать кончики пальцев, если клетки под ногтями все еще не повреждены. Кости будут соединяться вместе, если вы воссоедините кусочки, скажем, с помощью винта или гипса. Человеческая печень также может расти, чтобы заполнить пространство и восстановить часть структуры, которая была повреждена.
Выращивание целой конечности
Но регенерация конечностей (как делают саламандры) - это больше, чем просто замена тканей. Для регенерации конечности вам нужны кости, мышцы, кровеносные сосуды и нервы. Есть взрослые стволовые клетки, своего рода недифференцированные клетки, которые могут стать специализированными, которые восстанавливают мышцы, но, похоже, они не активируются. «Вы можете регенерировать кровеносные сосуды и даже нервы», - сказал Гардинер. «Но вся рука не может».
Стефан Рой, директор лаборатории регенерации тканей у позвоночных в Монреальском университете, отметил, что кожа, печень и кости не восстанавливаются в том же смысле, в каком это делают саламандры.
«Люди могут заменить только поверхностный слой кожи (который на самом деле является непрерывным процессом, называемым гомеостазом)», - сказал он в электронном письме. «Большая часть пыли в доме - это мертвые клетки кожи, которые мы потеряли».
«Печень также сильно отличается от регенерации конечностей у саламандр», - сказал Рой. «Регенерация печени - это действительно компенсаторная гиперплазия, а это значит, что то, что осталось, будет увеличиваться в размерах, чтобы компенсировать потерю». Таким образом, ткани печени, которые там находятся, будут расти больше, но если вся печень будет потеряна, она не сможет регенерировать.
«То, что было потеряно, не вырастет, и, следовательно, вы не сможете повторно ампутировать печень, в отличие от конечностей в саламандре, которую можно ампутировать несколько раз, и каждый раз будет восстанавливаться новая конечность».
У людей есть способность к регенерации
Гардинер, однако, сказал, что люди строят целые системы органов в утробе матери; из какой-то генетической информации человеческий зародыш превращается в полноценного человека за девять месяцев. Таким образом, способность вырастить вещи ограничена, и это имеет эволюционный смысл - люди должны быть в состоянии исцелять, сказал он.
Вдобавок ко всему, основной генетический механизм человека и саламандры не так уж отличается, хотя наш последний общий предок расходился во время девонского периода, около 360 миллионов лет назад. «Специальных генов для регенерации нет», - сказал Гардинер. «Есть эти шаги, которые они проходят, и по крайней мере один из этих шагов не работает на людях».
Чтобы вырастить конечность, клетки должны знать, где они находятся - находятся ли они у самого кончика конечности пальцами или у локтевого сустава? - и им нужно строить правильные структуры в правильном порядке. По словам Гардинера, у саламандр есть определенные гены, которые «выключены» у людей. Возможно, эти гены обеспечивают регенерацию или, по крайней мере, помогают контролировать процесс. Нечто в эволюционном прошлом людей было выбрано против выражения этих генов, как это делают саламандры. Никто не знает, что это было, сказал он.
В 2013 году австралийский ученый Джеймс Годвин из Университета Монаш, возможно, раскрыл часть этой загадки. Он обнаружил, что клетки, называемые макрофагами, по-видимому, предотвращают накопление рубцовой ткани у саламандр. Макрофаги существуют у других животных, включая людей, и являются частью иммунной системы. Их функция состоит в том, чтобы остановить инфекции и вызвать воспаление, которое является сигналом для остальной части тела, что восстановление необходимо. Саламандры, лишенные макрофагов, не смогли восстановить свои конечности и вместо этого образовали шрамы.
Гардинер сказал, что работа Годвина была шагом к пониманию регенерации конечностей. Обычно саламандры вообще не имеют рубцовой ткани. Когда человек разрывает мышцу или получает достаточно глубокий порез, повреждая соединительную ткань, образуется рубцовая ткань. Эта рубцовая ткань не обладает той же функциональностью, что и оригинальные.
«Если бы я мог заставить саламандру нанести шрам, это действительно было бы что-то», - сказал Гардинер, потому что это пролило бы свет на механизм, который делает людей неспособными вырастить конечность или орган. Так что макрофаги могут быть частью истории, но не всей.
Неотония и регенерация конечностей
Способность «оставаться молодым» может добавить еще одно понимание тайны регенерации конечностей. Мексиканские саламандры, называемые аксолотлями, или Ambystoma mexicanum, являются неотеническими, то есть они сохраняют ювенильные черты во взрослой жизни. Вот почему аксолотли сохраняют жабры по мере взросления, в то время как другие виды саламандры этого не делают.
Люди также обладают неотенией, поэтому взрослые больше похожи на самих себя, чем на других приматов, и поэтому нам требуется больше времени для созревания, чем, скажем, у шимпанзе. Есть какая-то связь, возможно, с неотеной и регенерацией. Гардинер отмечает, что молодые люди, кажется, способны лечить лучше, чем пожилые.
Кроме того, исследователи из Гарвардской медицинской школы обнаружили, что ген Lin28a, который активен у незрелых животных (и людей), но выключается с возрастом, помогает мышам регенерировать ткани - или, по крайней мере, вырастить кончики их пальцы и уши. Когда животным было более 5 недель, они не могли вырастить эти части, даже когда была стимулирована функция Lin28a. Lin28a является частью системы контроля метаболизма животного - при стимуляции оно может заставить животное генерировать больше энергии, как если бы оно было моложе.
Но точная природа связи еще не понята. В то время как все саламандры могут регенерировать конечности, только аксолотли являются неотеническими, отметил Рой.
Саламандры, особенно аксолотли, могут рекрутировать стволовые клетки, чтобы начать отрастание конечностей, и типы клеток, которые реагируют на раневой участок, также связаны с тем, могут ли конечности расти снова. Гардинер смог заставить саламандр вырастить дополнительные конечности, стимулируя рост нервных клеток в области раны.
«Это может быть связано с сильным иммунным ответом, или специфическим высвобождением некоторых факторов роста, или комбинацией обоих. Это может быть частично вопросом биофизики: конечности саламандры намного меньше людей; однако лягушки не могут регенерировать их конечности, так что это может быть не просто вопрос размера ", сказал Рой.
Эта загадка остается одна - по крайней мере, на данный момент.
Оригинальная статья о Live Science.
