У млекопитающих нашли скрытый потенциал регенерации

Ученые сделали важный шаг к пониманию того, почему одни животные способны заново отращивать утраченные части тела, а другие, включая человека, обычно заживляют травмы только с образованием рубцов. Новое исследование Texas A&M College of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences показывает, что регенеративные способности у млекопитающих могут быть не полностью утрачены. Возможно, они просто находятся в «выключенном» состоянии и могут быть частично активированы при правильных сигналах. На протяжении многих поколений считалось, что неспособность человека и большинства млекопитающих восстанавливать сложные части тела — одно из фундаментальных ограничений биологии. Саламандры, например, могут регенерировать конечности, тогда как у людей серьезные повреждения чаще заканчиваются формированием рубцовой ткани.

Рубец помогает быстро закрыть рану и защитить организм от инфекции, но он не возвращает утраченную кость, сустав, связки или сухожилия. Команда профессора Кена Мунеоки из Texas A&M решила проверить, можно ли изменить саму программу заживления. Исследователи разработали двухэтапный подход, при котором нормальная реакция организма на травму перенаправляется от образования рубца к восстановлению тканей. В экспериментах на животных им удалось добиться регенерации костной ткани, суставных структур, связок и сухожилий после ампутации части пальца. Работа была опубликована в журнале Nature Communications. Авторы подчеркивают, что восстановленные структуры не были идеальными копиями исходной анатомии.

Тем не менее сам факт появления сложных тканей там, где обычно формируется только рубец, стал важным результатом для регенеративной медицины. При обычном заживлении у млекопитающих запускается процесс фиброза. К месту повреждения быстро приходят фибробласты — клетки, которые закрывают рану и создают рубцовую ткань. С точки зрения выживания это полезно: организм стремится как можно быстрее остановить кровотечение, изолировать повреждение и снизить риск инфекции. Но такая стратегия мешает полноценному восстановлению утраченных структур. У животных, способных к регенерации, процесс идет иначе. У саламандр клетки в области повреждения формируют особую структуру — бластему.

Она служит своеобразной основой, из которой затем развиваются новые ткани. По словам Мунеоки, клетки как будто могут пойти по двум разным путям: создать рубец или сформировать бластему. Задача исследователей заключалась в том, чтобы изменить поведение фибробластов, уже находящихся в зоне травмы. Для этого ученые использовали два известных фактора роста, применяя их последовательно. На первом этапе, после того как рана уже закрывалась, на область повреждения воздействовали фактором роста фибробластов 2, или FGF2. Важно, что вмешательство начиналось не сразу, а после первичного заживления.

Это позволяло организму выполнить базовую защитную реакцию, а затем изменить дальнейший сценарий восстановления. FGF2 способствовал появлению структуры, похожей на бластему. В норме у млекопитающих после подобных повреждений она не формируется. Через несколько дней исследователи применяли второй сигнал — костный морфогенетический белок 2, или BMP2. Он направлял клетки на построение новых тканей. Таким образом, лечение состояло из двух шагов. Сначала клетки отводили от обычного пути рубцевания, а затем им давали сигнал, что именно нужно строить. По мнению авторов, это показывает: некоторые клетки млекопитающих могут быть более гибкими, чем считалось раньше.

Особенно важным является вывод о том, что для такой регенерации не обязательно добавлять стволовые клетки извне. В регенеративной медицине часто рассматривается идея пересадки или введения специальных клеток, однако здесь исследователи показали иной подход. Нужные клетки уже присутствуют в организме. Проблема заключается в том, чтобы научиться управлять их поведением. Профессор Ларри Сува, также участвовавший в работе, отметил, что исследование меняет старые представления о возможностях клеток млекопитающих. Клетки, которые раньше считались неспособными к перепрограммированию, в действительности могут менять свое поведение при правильных условиях. Потенциал не исчез полностью — он просто скрыт. Ученые также обнаружили признаки так называемой позиционной переопределенности.

Это означает, что клетки могут получать новые инструкции и участвовать в формировании структур не совсем там и не совсем так, как обычно. В контексте травмы это особенно важно: клетки, которые в стандартной ситуации помогли бы создать рубец, можно направить на восстановление более сложных элементов. В экспериментах были восстановлены основные типы тканей, утраченные при ампутации: кость, сухожилия, связки и суставные структуры. Они располагались в порядке, напоминающем естественную анатомию, хотя и не повторяли ее идеально. По словам Мунеоки, исследователи получили именно те структуры, которые ожидали увидеть на данном уровне повреждения, но пока не в совершенной форме.

Авторы подчеркивают, что регенерация — это не один простой переключатель. Вероятно, для восстановления тканей требуется взаимодействие множества биологических путей. Поэтому полное отращивание сложных частей тела у человека пока остается далекой целью. Но уже сейчас результаты могут быть полезны для более практичных задач. Даже если полноценная регенерация пока недоступна, частичное смещение заживления в сторону восстановления тканей, а не рубцевания, может иметь большое значение.

Это может помочь уменьшать рубцы, улучшать качество заживления ран и повышать функциональное восстановление после травм или ампутаций. Дополнительным преимуществом является то, что один из использованных факторов, BMP2, уже имеет одобрение FDA для некоторых медицинских применений, а FGF2 изучается в клинических испытаниях. Это не означает, что метод готов к применению у людей, но может упростить путь дальнейших исследований. Новое исследование не доказывает, что человек уже способен отращивать конечности подобно саламандре. Однако оно показывает более осторожную и важную вещь: у млекопитающих может сохраняться скрытый регенеративный потенциал. Если научиться правильно включать эти механизмы, медицина будущего сможет не только закрывать раны, но и помогать организму восстанавливать утраченные ткани гораздо эффективнее, чем сегодня.

• Заботливые отцы среди паукообразных: ученые раскрыли эволюцию родительской заботы у сенокосцев
• Ярко-синие «калийные пруды» в Юте заметили из космоса рядом с тёмно-зелёной рекой Колорадо
• Учёные создали самую подробную карту нейронных дендритов в мозге мыши
• В Египте обнаружен древний «крокодил с длинной мордой», который переписывает эволюцию рептилий
• Как животные получают свои «совершенно несовершенные» пятна и полосы
• Гипергравитация повышает продуктивность мха: японские учёные нашли ген, отвечающий за адаптацию
• Осы, которые умеют «ставить жизнь на паузу»: открытие может помочь замедлить старение у людей
• Против Дарвина: ученые обнаружили, что черви «переписали» свою ДНК, чтобы выжить на суше