Ученые искали способы запустить сигнал «построить то, что обычно здесь есть» для клеток в месте раны.
Наши тела соединяют нас с миром. Когда люди теряют части своего тела в результате болезни или травматического повреждения, они часто чувствуют, что потеряли часть того, кто они есть, и даже испытывают горе, похожее на потерю любимого человека. Их чувство личной утраты оправдано, потому что, в отличие от саламандр или язвительных персонажей комиксов, таких как Дэдпул, ткани взрослого человека, как правило, не регенерируют - потеря конечностей постоянна и необратима.
Или это?
Несмотря на значительный прогресс в протезных и бионических технологиях для замены утраченных конечностей, они еще не могут восстановить чувство осязания, минимизировать ощущение фантомных болей или соответствовать возможностям естественных конечностей. Без реконструкции самой конечности человек не сможет почувствовать прикосновение близкого человека или тепло солнца.
Мы исследователи в области регенеративной биологии и биологии развития, а также биомедицинской инженерии. Наше недавнее исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показало, что всего 24 часов разработанного нами лечения достаточно для восстановления полностью функциональных и чувствительных к прикосновению конечностей у лягушек.
Быстрая регенерация
Во время очень раннего развития клетки, которые в конечном итоге станут конечностями и органами, выстраиваются в точные анатомические структуры, используя набор химических, биомеханических и электрических сигналов. При рассмотрении способов регенерации конечностей мы пришли к выводу, что гораздо проще попросить клетки повторить то, что они уже делали на раннем этапе развития. Поэтому мы искали способы запуска сигнала «создать то, что обычно здесь есть» для клеток в месте раны.
Одной из основных проблем при этом является выяснение того, как создать среду, которая стимулирует регенерацию тела, а не образование шрамов. Хотя рубцы помогают защитить поврежденную ткань от дальнейшего повреждения, они также изменяют клеточную среду, препятствуя регенерации.
Некоторые водные животные, такие как аксолотль, освоили регенерацию без образования рубцов. И даже на раннем этапе развития человека амниотический мешок обеспечивает среду, которая может способствовать механизмам регенерации. Мы предположили, что создание аналогичной среды может препятствовать образованию рубцов во время травмы и позволить организму повторно активировать дремлющие регенеративные сигналы.
Для реализации этой идеи мы разработали носимое устройство из гидрогеля шелка, чтобы создать изолированную камеру для регенерации, блокируя другие сигналы, направляющие тело на образование шрамов или другие процессы. Затем мы загрузили устройство коктейлем из пяти препаратов, участвующих в нормальном развитии животных и росте тканей.
Мы решили протестировать устройство на африканских когтистых лягушках, которые, как и люди, не регенерируют конечности во взрослом возрасте. Мы прикрепили устройство к культе одной ноги на 24 часа. Затем мы удалили устройство и наблюдали, как со временем менялось место утраченной конечности. В течение 18 месяцев мы были поражены, обнаружив, что лягушки смогли регенерировать свои ноги, в том числе пальцевидные выступы со значительным отрастанием нервов, костей и кровеносных сосудов. Конечности также реагировали на легкое давление, а это означало, что у них восстановилось осязание, и лягушка вернулась к нормальному плавательному поведению.
Лягушки, которым дали устройство, но без коктейля с наркотиками, имели ограниченный рост конечностей без значительного функционального восстановления. А у лягушек, которых не лечили устройством или лекарственным коктейлем, конечности не отрастали, оставляя культи, нечувствительные к прикосновению и функционально нарушенные.
Интересно, что конечности лягушек, получавших лечение с помощью устройства и коктейля с наркотиками, не были реконструированы идеально. Например, кости иногда были фрагментированы. Однако незавершенность новой конечности говорит нам о том, что могут отсутствовать другие ключевые молекулярные сигналы, и многие аспекты лечения все еще могут быть оптимизированы. Как только мы обнаружим эти сигналы, добавление их к медикаментозному лечению потенциально может полностью обратить вспять потерю конечностей в будущем.
Будущее регенеративной медицины
Травматические повреждения являются одной из основных причин смерти и инвалидности среди американцев. А потеря конечностей в результате тяжелых травм является наиболее частой причиной пожизненной инвалидности. Эти травматические повреждения часто бывают вызваны автомобильными авариями, спортивными травмами, побочными эффектами метаболических заболеваний, таких как диабет, и даже травмами на поле боя.
Возможность декодирования и пробуждения дремлющих сигналов, которые позволяют телу регенерировать части самого себя, является революционным рубежом в медицинской науке. Помимо восстановления потерянных конечностей, регенерация ткани сердца после сердечного приступа или ткани мозга после инсульта может продлить жизнь и резко повысить ее качество. Наше лечение далеко не готово к использованию на людях, и мы знаем только, что оно работает, когда применяется сразу после травмы. Но обнаружение и понимание сигналов, которые позволяют клеткам регенерировать, означает, что пациентам, возможно, не придется ждать, пока ученые действительно поймут все тонкости строения сложных органов, прежде чем их можно будет лечить..
Восстановление здоровья человека означает больше, чем просто замена его конечности. Это также означает восстановление их осязания и способности функционировать. Новые подходы в регенеративной медицине сейчас начинают определять, как это возможно.
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.