Regenerace ztracených orgánů u zvířat je tajemstvím, které vědce znepokojuje už od starověku. Až donedávna se věřilo, že touto velkolepou vlastností jsou obdařeny pouze nejnižší druhy živých tvorů: ještěrka vyroste olomeným ocasem, některé červy mohou být rozřezány na malé kousky a každý z nich vyroste na celý červ - existuje mnoho příkladů.
Koneckonců, vývoj živého světa přešel z nižších organismů na stále více organizovanější, tak proč tato vlastnost v určitém stadiu zmizela? A ztratilo se to?
Lernaean hydra, Medusa the Gorgon nebo naše tříhlavý had Gorynych, jejichž „samoléčivé“hlavy neúnavně sekal Ivan Tsarevich, jsou mýtické postavy, ale jsou jasně v „příbuzenství“s velmi skutečnými stvořeními.
Patří sem například mloci - druh sledovaných obojživelníků, kteří jsou právem považováni za jedno z nejstarších zvířat na Zemi. Jejich úžasnou vlastností je schopnost regenerace - opětovné pěstování poškozených nebo ztracených ocasů, tlapek, čelistí.
Kromě toho se také obnoví poškozené srdce, oční tkáně a mícha. Z tohoto důvodu jsou nezbytné pro laboratorní výzkum a mloci jsou posíláni do vesmíru neméně často než psi a opice. Mnoho jiných tvorů má stejné vlastnosti.
Takže rerio zebrafish černé a bílé, jen 2-3 cm dlouhé, má tendenci regenerovat části ploutví, očí a dokonce obnovovat buňky svého vlastního srdce, vyříznuté chirurgy během experimentů s regenerací. Totéž lze říci i pro jiné druhy ryb.
Klasickými příklady regenerace jsou ještěrky a pulci, kteří přestavují ztracený ocas; raky a krabi rostoucí ztracené drápy; šneci schopní pěstovat nové „rohy“očima; mloky, které přirozeně nahrazují amputovanou tlapu; mořské hvězdy regenerují jejich oddělené paprsky.
Propagační video:
Mimochodem, nové zvíře se může vyvinout z paprsku, který byl odtržen, jako řezání. Mistrem regenerace však byla plochá červ nebo planaria. Pokud ji rozdělíte na polovinu, potom chybějící hlava roste na jedné polovině těla a na druhé straně, tj. Ocasu, se vytvoří dva zcela nezávislé životaschopné jedince.
A je možné, že se objeví zcela mimořádná, dvouhlavá a dvoulistá planaria. To se stane, pokud jsou podélné řezy provedeny na předním a zadním konci a nedovolí jim růst společně. I 1/280 části těla tohoto červa vytvoří nové zvíře!
Po dlouhou dobu lidé sledovali naše menší bratry a abych byl upřímný, tajně záviděl. A vědci přešli od neplodného pozorování k analýze a pokusili se odhalit zákony tohoto „samoléčení“a „samoléčení“zvířat.
První, kdo se pokusil přivést k tomuto jevu vědeckou jasnost, byl francouzský přírodovědec Rene Antoine Reaumur. Byl to on, kdo zavedl termín „regenerace“do vědy - navrácení ztracené části těla s jeho strukturou (z latiny ge - „znovu“a generatio - „vznik“) - a provedl řadu experimentů. Jeho práce na regeneraci nohou u rakoviny byla publikována v roce 1712. Bohužel, kolegové jí nevěnovali pozornost a Reaumur tyto studie opustil.
Teprve o 28 let později švýcarský přírodovědec Abraham Tremblay pokračoval ve svých pokusech o regeneraci. Ten tvor, na kterém experimentoval, neměl v té době ani jméno. Vědci navíc ještě nevěděli, zda se jedná o zvíře nebo rostlinu. Dutý stonek s chapadly, jehož zadní konec byl připevněn ke sklenici akvária nebo k vodním rostlinám, se ukázal jako dravec a také docela úžasný.
V experimentech vědce se jednotlivé fragmenty těla malého predátora proměnily v nezávislé jedince - doposud známý jev pouze ve světě rostlin. A zvíře pokračovalo v ohromení přírodního vědce: v místě podélných řezů na předním konci lýtka, které provedl vědec, vyrostlo nové chapadlo, které se změnilo v „vícedílné monstrum“, miniaturní mýtickou hydru, která podle starověkých Řeků bojovala Hercules.
Není překvapením, že laboratorní zvíře dostalo stejné jméno. Ale zkoumaná hydra měla ještě úžasnější vlastnosti než její lernaejský jmenovec. Rozrostla na celek dokonce 1/200 svého centimetrového těla!
Realita překročila pohádky! Ale fakta, která jsou dnes známá každému školákovi, publikovaná v roce 1743 v „Sborníku Královské společnosti v Londýně“, se zdála pro vědecký svět nepravděpodobná. A pak Tremblay tentokrát podpořil již autoritativní Reaumur, což potvrdilo spolehlivost jeho výzkumu.
Téma „skandální“okamžitě přitahovalo pozornost mnoha vědců. A brzy se ukázalo, že seznam zvířat se schopností regenerace je docela působivý. Pravda, po dlouhou dobu se věřilo, že mechanismus sebeobnovy mají pouze nejnižší živé organismy. Vědci pak zjistili, že ptáci mohou pěstovat zobáky, zatímco mladé myši a krysy mohou pěstovat ocasy.
Dokonce i savci a lidé mají v této oblasti tkáně s velkým potenciálem - mnoho zvířat pravidelně mění srst, obnovují se šupiny lidské epidermy, stříhají se vlasy a vyholené vousy.
Člověk je stvoření nejen velmi zvídavé, ale také vášnivě ochotné použít jakékoli znalosti pro své vlastní dobro. Je proto zcela pochopitelné, že v určité fázi studia záhad regenerace vyvstala otázka: Proč se to děje a je možné regeneraci uměle vyvolat? A proč vyšší savci tuto schopnost téměř ztratili?
Zaprvé odborníci poznamenali, že regenerace úzce souvisí s věkem zvířete. Čím je mladší, tím je poškození opraveno jednodušší a rychlejší. V pulec, chybějící ocas snadno roste zpět, ale ztráta staré žabí nohy způsobí, že je zakázán.
Vědci zkoumali fyziologické rozdíly a metoda používaná obojživelníky k „samopravě“se stala jasnou: ukázalo se, že v počátečních stádiích vývoje jsou buňky budoucího tvora nezralé a směr jejich vývoje se může dobře změnit. Například experimenty na žabích embryích ukázaly, že když má embryo pouze několik stovek buněk, může se z něj vyříznout kousek tkáně, který je určen k tomu, aby se stal kůží a umístěn do oblasti mozku. A tato tkáň … se stane součástí mozku!
Pokud je taková operace prováděna s vyzrálejším embryem, pak se bude kůže stále vyvíjet z kožních buněk - přímo uprostřed mozku. Vědci proto dospěli k závěru, že osud těchto buněk je již předurčen. A pokud pro buňky většiny vyšších organismů neexistuje žádná cesta zpět, pak jsou buňky obojživelníků schopné obrátit čas a vrátit se do okamžiku, kdy by se mohl změnit jejich cíl.
Jaká je tato úžasná látka, která obojživelníkům umožňuje „samoobsluhu“? Vědci zjistili, že pokud mlok nebo mlok ztratí tlapy, pak v poškozené části těla ztratí buňky kosti, kůže a krve své charakteristické rysy.
Všechny sekundárně „novorozené“buňky, které se nazývají blastém, se začnou intenzivně dělit. A v souladu s potřebami těla se stávají buňkami kostí, kůže, krve … aby se nakonec staly novou tlapou. A pokud v okamžiku samoobsluhy připojíte kyselinu tretinoovou (kyselinu vitamínu A), pak to stimuluje regenerační schopnosti žab natolik, že vyroste tři nohy místo jedné ztracené.
Po dlouhou dobu zůstalo tajemstvím, proč byl regenerační program u teplokrevných zvířat potlačen. Může existovat několik vysvětlení. První se scvrkává na skutečnost, že teplokrevní lidé mají mírně odlišné priority pro přežití než ti chladnokrevní. Zjizvené rány se staly důležitějšími než celková regenerace, protože snížily šance na smrtelné krvácení při zranění a zavedení smrtící infekce.
Může však existovat další vysvětlení, mnohem tmavší - rakovina, to znamená, že rychlé zotavení rozsáhlé oblasti poškozené tkáně znamená vznik stejných rychle se dělících buněk na určitém místě. To je pozorováno během nástupu a růstu maligního nádoru. Vědci se proto domnívají, že pro tělo je velmi důležité zničit rychle se dělící buňky, a proto byly potlačeny možnosti rychlé regenerace.
Doktor biologických věd Petr Garyaev, akademik Ruské akademie lékařských a technických věd, říká: „To (regenerace) nezmizelo, pouze vyšší zvířata, včetně lidí, se ukázala být více chráněna před vnějšími vlivy a úplná regenerace nebyla tak nutná.“
Do jisté míry přežila: rány a poranění se zahojí, obnoví se loupaná kůže, vlasy rostou a játra se částečně regeneruje. Oddělená ruka už ale neroste, stejně jako vnitřní orgány nerostou, místo těch, které přestaly fungovat. Příroda prostě zapomněla, jak to udělat. Možná bychom jí to měli připomenout.
Jako vždy mu pomohla Jeho Veličenská šance. Imunologka Helene Heber-Katz z Filadelfie jednou dala svému laboratornímu asistentovi obvyklý úkol: propíchnout uši laboratorních myší, aby je označily. O pár týdnů později přišel Heber-Katz k myším s hotovými štítky, ale … nenašel díry v uších.
Udělali jsme to znovu a dostali jsme stejný výsledek: žádný náznak vyléčené rány. Tělo myší regenerovalo tkáň a chrupavku vyplněním otvorů, které nepotřebovaly. Herber-Katz z toho učinil jediný správný závěr: blastém je přítomen v poškozených částech uší - stejné nešpecializované buňky jako u obojživelníků.
Ale myši jsou savci, neměli by mít tuto schopnost. Pokusy na nešťastných hlodavcích pokračovaly. Vědci odřízli kousky ocasů pro myši a … získali 75 procent regenerace! Pravda, nikdo se nepokoušel odříznout tlapky „pacientů“ze zřejmého důvodu: bez kauterizace myš jednoduše zemře na těžkou ztrátu krve dlouho předtím, než začne regenerace ztracené končetiny (pokud vůbec). A moxové spalování vylučuje výskyt blastému. Nebylo tedy možné najít úplný seznam regeneračních schopností myší. Už jsme se toho však hodně naučili.
Je pravda, že tam byl jeden "ale". Nebyli to obyčejní domácí myši, ale speciální mazlíčci s poškozeným imunitním systémem. První závěr z jejích experimentů učinil Heber-Katz: regenerace je vlastní pouze u zvířat se zničenými T-buňkami - buňkami imunitního systému.
Zde je hlavní problém: obojživelníci to nemají. To znamená, že vodítko k tomuto jevu má kořeny v imunitním systému. Druhý závěr: savci mají stejné geny nezbytné pro regeneraci tkáně jako obojživelníci, ale T buňky nedovolují těmto genům fungovat.
Třetí závěr: organismy původně měly dvě metody hojení ran - imunitní systém a regenerace. V průběhu evoluce se však oba systémy vzájemně nekompatibilní - a savci si vybrali T buňky, protože jsou důležitější, protože jsou hlavní zbraní těla proti nádorům.
Jaké je využití možnosti opětovného růstu ztracené ruky, pokud rakovinné buňky v těle současně rychle rostou? Ukázalo se, že imunitní systém, zatímco nás chrání před infekcemi a rakovinou, zároveň potlačuje naši schopnost „samoobsluhy“.
Je ale opravdu nemožné přijít s čímkoli, protože opravdu chcete nejen omlazení, ale obnovení funkcí těla podporujících život? A vědci našli, ne-li všelék na všechny nemoci, pak příležitost stát se trochu blíže přírodě, ale ne díky blastému, ale díky kmenovým buňkám. Ukázalo se, že lidé mají jiný princip regenerace.
Dlouho bylo známo, že se mohou regenerovat pouze dva typy našich buněk - krev a játra. Když se vyvíjí embryo jakéhokoli savce, některé buňky jsou vynechány ze specializačního procesu.
Jsou to kmenové buňky. Mají schopnost doplňovat krev nebo umírat jaterní buňky. Kostní dřeň také obsahuje kmenové buňky, které se mohou stát svaly, tuky, kostmi nebo chrupavkami, v závislosti na tom, jaké živiny jsou jim v laboratoři podávány.
Nyní vědci museli empiricky testovat, zda existuje šance „zahájit“„instrukce“zaznamenanou v DNA každé z našich buněk pro růst nových orgánů. Odborníci byli přesvědčeni, že musíte tělo donutit, aby „zapnul“jeho schopnost, a pak se tento proces postará sám o sebe. Je pravda, že schopnost pěstovat končetiny okamžitě naráží na dočasný problém.
To, co malé tělo snadno zvládne, je nad mocí dospělého: objemy a velikosti jsou mnohem větší. Nemůžeme dělat to, co dělali mloci: vytvořte velmi malou končetinu a potom ji pěstujte. Za tímto účelem obojživelníci potřebují jen pár měsíců, aby člověk vyrostl novou nohu do své normální velikosti, podle výpočtu anglického vědce Jeremyho Broxe to trvá nejméně 18 let …
Vědci však našli pro kmenové buňky spoustu práce. Nejprve však musíte říci, jak a odkud jsou získány. Vědci vědí, že největší počet kmenových buněk se nachází v kostní dřeni pánve, ale u všech dospělých již ztratili své původní vlastnosti. Nejslibnější je zdroj kmenových buněk získaných z pupečníkové krve.
Ale po porodu mohou vědci odebrat pouze 50 až 120 ml takové krve. Z každého 1 ml se uvolní 1 milion buněk, ale pouze 1% z nich jsou progenitorové buňky. Tato osobní rezerva regenerační rezervy těla je extrémně malá, a proto neocenitelná. Proto se kmenové buňky získávají z mozku (nebo jiných tkání) embryí - potratového materiálu, bez ohledu na to, jak smutné je o něm mluvit.
Mohou být izolovány, umístěny do tkáňové kultury, kde začne reprodukce. Tyto buňky mohou žít v kultuře více než rok a mohou být použity pro každého pacienta. Kmenové buňky mohou být izolovány z pupečníkové krve a mozku dospělých (například během neurochirurgie).
A může být izolován z mozku nedávno zesnulého, protože tyto buňky jsou rezistentní (ve srovnání s jinými buňkami nervové tkáně), jsou zachovány, když neurony již degenerovaly. Kmenové buňky extrahované z jiných orgánů, například z nosohltanu, nejsou při jejich aplikaci tak všestranné.
Není třeba říkat, že tento směr je fantasticky slibný, ale dosud nebyl plně prozkoumán. V medicíně je nutné měřit sedmkrát a poté znovu zkontrolovat po dobu deseti let, abyste se ujistili, že všelék nezpůsobuje žádné potíže, například imunitní posun. Onkologové také neřekli své vážné „ano“. Přesto však již existují úspěchy, pouze na úrovni laboratorního vývoje, experimentů na vyšších zvířatech.
Vezměte si například stomatologii. Japonští vědci vyvinuli systém léčby založený na genech, které jsou zodpovědné za růst fibroblastů - právě tkání, které rostou kolem zubů a drží je. Testovali svou metodu na psu, u kterého se dříve vyvinula závažná periodontální choroba.
Když všechny zuby vypadly, byly postižené oblasti ošetřeny látkou, která obsahuje stejné geny a agar-agar - kyselá směs, která poskytuje živné médium pro buněčnou proliferaci. O šest týdnů později vybuchly zuby psa.
Stejný účinek byl pozorován u opice se zuby odříznutými k základně. Podle vědců je jejich metoda mnohem levnější než protetika a poprvé umožňuje obrovskému počtu lidí doslova vrátit zuby. Obzvláště když si uvědomíte, že po 40 letech je 80% světové populace náchylné k periodontálnímu onemocnění.
V další sérii experimentů byla zubní komora naplněna dentinovými pilinami (hrajícími roli induktoru) s pojivovou tkání dásně (amphodont) jako reaktivním materiálem. A amfodont se také proměnil v dentin. Britští zubaři v blízké budoucnosti doufají, že se přesunou z úspěšných experimentů na myších k dalšímu laboratornímu výzkumu. Podle konzervativních odhadů bude „kmenové implantáty“stát stejné jako u tradičních protetik v Anglii - od 1 500 GBP do 2 000 GBP.
Studie ukázaly, že lidé, kteří mají selhání ledvin, se musí vrátit k životu pouze 10% svých ledvinových buněk, aby se přestali spoléhat na dialýzu.
A výzkum tímto směrem probíhá již mnoho let. Jak důležité je - nešít, ale znovu růst, ne sedět na pilulkách, ale obnovit zdravou funkci díky skrytým schopnostem těla.
Zejména byl nalezen způsob, jak pěstovat nové beta buňky ve slinivce břišní, které produkují inzulín, a slibují miliony diabetiků, aby se zbavili denních injekcí. A experimenty s možností využití kmenových buněk v boji proti cukrovce jsou již ve fázi dokončení.
Probíhá také práce na vytváření fondů, které zahrnují regeneraci. Ontogeny vyvinula růstový faktor zvaný OP1, který bude brzy k dispozici v Evropě, USA a Austrálii. Stimuluje růst nové kostní tkáně. OP1 pomůže při léčbě složitých zlomenin, kde jsou dva kusy zlomené kosti příliš daleko od sebe a nemohou se tedy hojit.
V takových případech je často končetina amputována. OP1 však stimuluje kostní tkáň, takže začíná růst a zaplňuje mezeru mezi částmi zlomené kosti. V Ruském institutu pro traumatologii a ortopedii vědci získávají kmenové buňky z kostní dřeně. Po 4-6 týdnech reprodukce v kultuře jsou transplantovány do kloubu, kde rekonstruují chrupavkové povrchy.
Před několika lety skupina britských genetiků učinila senzační prohlášení: začnou pracovat na klonování srdce. Pokud je experiment úspěšný, nebude potřeba transplantací tkáně. Je však nepravděpodobné, že by se genetika vln omezila na regeneraci pouze vnitřních orgánů a vědci doufají, že se naučí, jak „pěstovat“končetiny pro pacienty.
V oblasti gynekologie mají kmenové buňky také velký slib. Bohužel dnes je mnoho mladých žen odsouzeno k neplodnosti: jejich vaječníky přestaly produkovat vejce.
To často znamená, že zásoba buněk, ze kterých folikuly pocházejí, byla vyčerpána. Proto je nutné hledat mechanismy, které je doplňují. První povzbudivé výsledky v této oblasti se objevily nedávno.
Vědci již vidí, jak lze zachránit lidi, kterým byla diagnostikována cirhóza jater. Domnívají se, že v některých stádiích vývoje nemoci může být transplantace celého orgánu nahrazena zavedením pouze kmenových buněk (přes arteriální lože, přímými punkcemi, přímou transplantací buněk do jaterní tkáně). Specialisté Centra chirurgie Ruské akademie lékařských věd zahájili pilotní studii a první výsledky jsou povzbudivé.
Velmi zajímavý předběžný vývoj provádějí ukrajinští vědci v oblasti kardiovaskulárních chorob. Již dnes shromáždili experimentální důkazy, že zavedení kmenových buněk pacientům s infarktem myokardu nebo těžkou ischemií je slibnou metodou léčby.
První klinické experimenty s transplantací kmenových buněk, které začaly na University of Pittsburgh ve Spojených státech, přinesly dobré výsledky také u kriticky nemocných pacientů, kteří utrpěli ischemickou nebo hemoragickou mrtvici. Po buněčné terapii je v nich jasně viditelná neurologická rehabilitace.
Bohužel jsou děsivé statistiky počtu dětí s intrauterinním poškozením mozku, včetně dětské mozkové obrny, velmi dobře známy. Již bylo prokázáno, že pokud takové děti začnou transplantaci kmenových buněk (nebo terapie zaměřené na jejich stimulaci, tj. Lokalizaci vlastních, endogenních buněk v postižené oblasti), pak se často po prvním roce života často pozoruje, že i při zachování anatomických u mozkových vad mají děti minimální neurologické příznaky.
Efektivně vyvinuté technologie transplantace kmenových buněk mohou zcela změnit náš život. Ale to je budoucnost a dnes tato oblast znalostí nemá ani svůj vlastní název, pouze možnosti: „buněčná terapie“, „transplantace kmenových buněk“, „regenerační medicína“, dokonce „tkáňové inženýrství“a „orgánové inženýrství“.
Je však již možné vyjmenovat všechny možnosti tohoto nového směru. Není bezdůvodné, že říkají, že XXI. Století bude poznamenáno biologií, a možná zkušenost regenerace, kterou miliony let uchovávají obojživelníci a prvoky, pomůže lidstvu.