Gyvūnų pamestų organų regeneracija yra paslaptis, kuri mokslininkams nerimavo nuo senų senovės. Dar visai neseniai buvo manoma, kad tik šios žemos gyvų būtybių rūšys yra apdovanotos šia nuostabia savybe: driežas užauga nupjautą uodegą, kai kuriuos kirminus galima supjaustyti mažais gabalėliais, o kiekvienas išaugs į bendrą kirminą - pavyzdžių yra daug.
Bet galų gale, gyvojo pasaulio evoliucija ėjo iš žemesnių organizmų į vis labiau ir labiau organizuotus organizmus, tad kodėl ši savybė kažkuria stadija išnyko? Ir ar ji buvo pamesta?
- „Salik.biz“
Lernaean hydra, Medusa the Gorgon ar mūsų trijų galvų gyvatė Gorynych, kurių „savigydančias“galvas nenuilstamai nupjovė Ivanas Tsarevičius, yra mitiniai personažai, tačiau jie aiškiai yra „giminystės“su labai tikrais padarais.
Tai, pavyzdžiui, apima dilgėlės - varliagyvių rūšis, teisėtai laikoma vienu iš seniausių gyvūnų Žemėje. Nuostabi jų savybė yra galimybė atsinaujinti - ataugti pažeistas ar pamestas uodegas, letenas, žandikaulius.
Be to, atkurta pažeista širdis, akių audiniai ir nugaros smegenys. Dėl šios priežasties jie yra būtini atliekant laboratorinius tyrimus, o jaunikliai į kosmosą siunčiami ne rečiau nei šunys ir beždžionės. Daugelis kitų būtybių turi tas pačias savybes.
Taigi, vos 2–3 cm ilgio, zebrafish rerio, regeneruoja pelekus, akis ir net atkuria savo širdies ląsteles, kurias chirurgai iškirpo per regeneracijos eksperimentus. Tą patį galima pasakyti apie kitas žuvų rūšis.
Klasikiniai atsinaujinimo pavyzdžiai yra driežai ir kuojos, atstatydami prarastą uodegą; vėžiai ir krabai, auginantys prarastas nagas; sraigės, galinčios užmegzti akimis naujus „ragus“; salamandrų, kurios natūraliai pakeičia amputuotą leteną; jūros žvaigždės regeneruoja jų atskirtus spindulius.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Beje, naujas gyvūnas gali išsivystyti iš nuplėšto spindulio, kaip ir pjaustant. Tačiau atsinaujinimo čempionas buvo plokščiasis kirminas arba planarija. Jei perpjaunate per pusę, tada trūkstama galva auga vienoje kūno pusėje, o uodega - kitoje, tai yra, susidaro du visiškai nepriklausomi gyvybingi individai.
Ir įmanoma visiškai nepaprastos, dvigalvės ir dvipusės planarijos. Tai atsitiks, jei priekiniai ir galiniai galai bus išilginiai pjūviai ir neleis jiems augti kartu. Net 1/280 šios kirmino kūno dalies užaugins naują gyvūną!
Ilgą laiką žmonės stebėjo mūsų mažesnius brolius ir, sąžiningai kalbant, slapčia pavydėjo. Ir mokslininkai perėjo nuo bevaisio stebėjimo prie analizės ir bandė atskleisti šio gyvūnų „savęs gydymo“ir „savęs gydymo“dėsnius.
Pirmasis, kuris bandė suteikti šio reiškinio mokslinį aiškumą, buvo prancūzų gamtininkas Rene Antoine Reaumur. Būtent jis įvedė į mokslą terminą „regeneracija“- prarastos kūno dalies atkūrimas savo struktūra (iš lotynų kalbos ge - „vėl“ir generatio - „atsiradimas“) - ir atliko daugybę eksperimentų. Jo darbas dėl kojų regeneracijos sergant vėžiu buvo paskelbtas 1712 m. Deja, kolegos nekreipė į ją dėmesio, o Reaumur atsisakė šių tyrimų.
Tik po 28 metų šveicarų gamtininkas Abrahamas Tremblay tęsė regeneracijos eksperimentus. Būtybė, su kuria jis eksperimentavo, tuo metu net neturėjo vardo. Be to, mokslininkai dar nežinojo, ar tai gyvūnas, ar augalas. Tuščiaviduris stiebas su čiuptuvais, kurio galinis galas pritvirtintas prie akvariumo stiklo arba prie vandens augalų, pasirodė esąs plėšrūnas, be to, gana nuostabus.
Tyrėjo eksperimentuose atskiri nedidelio plėšrūno kūno fragmentai virto savarankiškais individais - reiškiniu, iki tol žinomu tik augalų pasaulyje. Ir gyvūnas toliau stebino gamtos mokslininką: mokslininko padarytoje išilginių pjūvių vietoje priekiniame blauzdos gale jis užaugino naujus čiuptuvus, virsdamas „daugiagalviu monstru“, miniatiūrine mitine hidra, su kuria, pasak senovės graikų, kovojo Hercules.
Nenuostabu, kad laboratorinis gyvūnas gavo tą patį vardą. Tačiau tiriama hidra turėjo dar daugiau nuostabių bruožų nei Lernaean vardas. Ji užaugo iki viso net 1/200 savo vieno centimetro kūno!
Tikrovė pranoko pasakas! Tačiau mokslo pasauliui šie faktai, kurie šiandien žinomi kiekvienam moksleiviui, paskelbti 1743 m. „Proceedings of the Royal Society of London“, atrodė neįtikėtini. Ir tada Tremblay'as palaikė šį kartą jau autoritetingą Reaumurą, patvirtindamas savo tyrimų patikimumą.
„Skandalinga“tema iškart patraukė daugelio mokslininkų dėmesį. Ir netrukus gyvūnų, turinčių galimybę atsinaujinti, sąrašas pasirodė gana įspūdingas. Tiesa, ilgą laiką buvo manoma, kad tik žemiausi gyvieji organizmai turi savaiminio atsinaujinimo mechanizmą. Tuomet mokslininkai išsiaiškino, kad paukščiai gali auginti bukus, o jaunos pelės ir žiurkės gali auginti uodegas.
Net žinduoliai ir žmonės šioje srityje turi daug potencialo turinčių audinių - daugelis gyvūnų reguliariai keičia kailį, atsinaujina žmogaus epidermio skalės, auga nupjauti plaukai ir nusiskuto barzda.
Žmogus yra padaras, ne tik nepaprastai smalsus, bet ir aistringai norintis panaudoti bet kokias žinias savo pačių labui. Todėl visiškai suprantama, kad tam tikrame atsinaujinimo paslapčių tyrinėjimo etape kilo klausimas: kodėl tai vyksta ir ar įmanoma atsinaujinimą sukelti dirbtinai? Ir kodėl aukštesnieji žinduoliai beveik prarado šį sugebėjimą?
Pirmiausia, ekspertai pažymėjo, kad atsinaujinimas yra glaudžiai susijęs su gyvūno amžiumi. Kuo jis jaunesnis, tuo lengviau ir greičiau taisoma žala. Stiebinėje koje trūkstama uodega lengvai užauga, tačiau praradusi seną varlės koją ji tampa negalia.
Mokslininkai ištyrė fiziologinius skirtumus, ir tapo aiškus varliagyvių „savęs remontui“naudojamas metodas: paaiškėjo, kad ankstyvajame vystymosi etape būsimojo būtybės ląstelės yra nesubrendusios, o jų vystymosi kryptis gali ir pasikeisti. Pavyzdžiui, varlių embrionų eksperimentai parodė, kad kai embrionas turi tik kelis šimtus ląstelių, audinio gabalas, kuriam numatyta tapti oda, gali būti iš jo išpjaustytas ir padėtas smegenų srityje. Ir tas audinys … taps smegenų dalimi!
Jei tokia operacija bus atliekama subrendusiam embrionui, tada oda vis tiek išsivystys iš odos ląstelių - tiesiai smegenų viduryje. Todėl mokslininkai padarė išvadą, kad šių ląstelių likimas jau yra nulemtas. Ir jei daugumos aukštesnių organizmų ląstelėms kelio atgal nėra, tada varliagyvių ląstelės sugeba pakeisti laiką ir grįžti į momentą, kai jų paskirties vieta galėtų pasikeisti.
Kuo ši nuostabi medžiaga leidžia varliagyviams „pasitaisyti“? Mokslininkai nustatė, kad jei dilgėlė ar salamandra netenka letenų, tada pažeistoje kūno vietoje kaulų, odos ir kraujo ląstelės praranda skiriamuosius bruožus.
Visos antrinės „naujagimio“ląstelės, vadinamos blastemomis, pradeda intensyviai dalintis. Ir, atsižvelgiant į kūno poreikius, jie tampa kaulų, odos, kraujo ląstelėmis … kad gale būtų nauja letena. Ir jei „savęs taisymo“metu jūs prisijungiate prie tretinoinės rūgšties (vitamino A rūgšties), tada tai skatina varlių regeneracinius sugebėjimus tiek, kad jos užauga trimis kojomis, o ne viena prarasta.
Ilgą laiką išliko paslaptis, kodėl šiltakraujais gyvūnais buvo slopinama regeneravimo programa. Gali būti keletas paaiškinimų. Pirmasis susijęs su tuo, kad šiltakraujų žmonių išgyvenimo prioritetai yra šiek tiek kitokie nei šaltakraujų. Įbrėžtos žaizdos tapo svarbesnės už visišką atsinaujinimą, nes sumažino mirtino kraujavimo tikimybę susižeidus ir mirtinos infekcijos atsiradimą.
Tačiau gali būti ir kitas, daug tamsesnis, paaiškinimas - vėžys, tai yra, greitas didžiulio pažeisto audinio ploto atsistatymas reiškia, kad tam tikroje vietoje atsiranda tos pačios greitai besiskiriančios ląstelės. Tai yra tai, kas stebima piktybinio naviko atsiradimo ir augimo metu. Todėl mokslininkai mano, kad kūnui tapo gyvybiškai svarbu sunaikinti greitai dalijamas ląsteles, todėl buvo užgniaužtos greito atsinaujinimo galimybės.
Biologijos mokslų daktaras Petras Garjajevas, Rusijos medicinos ir technikos mokslų akademijos akademikas, sako: „Jis (atsinaujinimas) neišnyko, tiesiog aukštesni gyvūnai, įskaitant žmones, pasirodė labiau apsaugoti nuo išorės įtakos ir visiškas atsinaujinimas nebuvo toks būtinas“.
Tam tikru mastu ji išliko: žaizdos ir įpjovimai išgydomi, atstatoma nulupta oda, auga plaukai, iš dalies atsinaujina kepenys. Bet nupjauta ranka nebeauga, lygiai taip pat, kaip ir vidaus organai, o ne tie, kurie nustojo funkcionuoti. Gamta tiesiog pamiršo, kaip tai padaryti. Galbūt turėtume tai jai tai priminti.
Kaip visada, padėjo Jo Didenybė Šansas. Imunologė Helene Heber-Katz iš Filadelfijos kažkada savo laboratorijos asistentui davė įprastą užduotį: pradurti laboratorinių pelių ausis, kad jos būtų paženklintos. Po poros savaičių Heberis-Katzas priėjo prie pelių su paruoštomis etiketėmis, bet … nerado skylių ausyse.
Mes tai darėme dar kartą ir gavome tą patį rezultatą: nė užuominos apie užgytą žaizdą. Pelių kūnas regeneruodavo audinius ir kremzles, užpildydamas jiems nereikalingas skyles. Herber-Katz padarė vienintelę teisingą išvadą iš to: pažeistose ausų vietose yra blastų - tų pačių nespecializuotų ląstelių kaip varliagyvių.
Bet pelės yra žinduoliai, jie neturėtų to turėti. Tęsėsi eksperimentai su nelaimingais graužikais. Mokslininkai pelėms nukirto uodegos gabalus ir … atsinaujino 75 procentais! Tiesa, niekas net nemėgino nupjauti „pacientų“letenų dėl akivaizdžios priežasties: be kauterizacijos pelė tiesiog mirs dėl sunkaus kraujo netekimo dar ilgai, kol neprasidės prarastos galūnės regeneracija (jei išvis). Moxibustion pašalina blastozės atsiradimą. Taigi nebuvo įmanoma sužinoti pilno pelių regeneracinių sugebėjimų sąrašo. Tačiau mes jau daug ko išmokome.
Tiesa, buvo vienas „bet“. Tai nebuvo paprastos naminės pelės, o specialūs augintiniai su pažeista imunine sistema. Pirmąją savo eksperimentų išvadą Heber-Katz padarė taip: regeneracija būdinga tik gyvūnams, kurių sunaikintos T ląstelės - imuninės sistemos ląstelės.
Čia yra pagrindinė problema: varliagyviai jos neturi. Tai reiškia, kad šio reiškinio užuomazgos yra susijusios su imunine sistema. Antra išvada: žinduoliai turi tuos pačius genus, reikalingus audinių regeneracijai, kaip varliagyviai, tačiau T ląstelės neleidžia šiems genams veikti.
Trečioji išvada: organizmai iš pradžių turėjo du gydymo būdus nuo žaizdų - imuninę sistemą ir regeneraciją. Tačiau evoliucijos metu abi sistemos tapo nesuderinamos viena su kita - ir žinduoliai pasirinko T ląsteles, nes jos yra svarbesnės, nes jos yra pagrindinis kūno ginklas prieš navikus.
Kuo naudinga, jei vėl galima prarasti ranką, jei tuo pat metu vėžinės ląstelės greitai auga organizme? Pasirodo, imuninė sistema, saugodama mus nuo infekcijų ir vėžio, tuo pačiu slopina mūsų galimybes „pasitaisyti“.
Bet ar iš tikrųjų neįmanoma nieko sugalvoti, nes tikrai norite ne tik atjauninimo, bet ir gyvybę palaikančių kūno funkcijų atkūrimo? Ir mokslininkai atrado, jei ne panacėja nuo visų negalavimų, tada galimybė šiek tiek priartėti prie gamtos, vis dėlto dėka ne blastos, o kamieninės ląstelės. Paaiškėjo, kad žmonės turi kitokį atsinaujinimo principą.
Ilgą laiką buvo žinoma, kad atsinaujinti gali tik dviejų tipų mūsų ląstelės - kraujo ir kepenų ląstelės. Kai vystosi bet kurio žinduolio embrionas, dalis ląstelių nebetenka specializacijos proceso.
Tai yra kamieninės ląstelės. Jie turi galimybę papildyti kraują ar mirštančias kepenų ląsteles. Kaulų čiulpuose taip pat yra kamieninių ląstelių, kurios gali tapti raumenimis, riebalais, kaulais ar kremzlėmis, atsižvelgiant į tai, kokios maistinės medžiagos jiems suteikiamos laboratorijoje.
Dabar mokslininkams reikėjo empiriškai išbandyti, ar yra galimybė „paleisti“„nurodymą“, įrašytą kiekvienos iš mūsų ląstelių DNR, norint auginti naujus organus. Ekspertai buvo įsitikinę, kad reikia tiesiog priversti kūną „įjungti“savo galimybes, o tada procesas pasirūpins savimi. Tiesa, galimybė auginti galūnes iš karto tampa laikina problema.
Tai, ką maža kūno dalis lengvai valdo, nėra suaugusiojo jėgos: tūriai ir dydžiai yra daug didesni. Negalime padaryti taip, kaip daro soros: suformuokite labai mažą galūnę ir tada ją užauginkite. Tam varliagyviams reikia tik poros mėnesių, kad žmogus išaugtų naują koją iki normalaus dydžio, pagal anglų mokslininko Jeremy Broxo skaičiavimus tai užtrunka mažiausiai 18 metų …
Tačiau mokslininkai rado daug darbo kamieninėms ląstelėms. Tačiau pirmiausia turite pasakyti, kaip ir iš kur jie gaunami. Mokslininkai žino, kad daugiausia kamieninių ląstelių yra dubens kaulų čiulpuose, tačiau bet kuriam suaugusiajam jos jau prarado savo pirmines savybes. Perspektyviausi yra kamieninių ląstelių ištekliai, gauti iš virkštelės kraujo.
Bet po gimdymo tyrėjai gali surinkti tik 50–120 ml tokio kraujo. Iš kiekvieno 1 ml išsiskiria 1 milijonas ląstelių, bet tik 1% jų yra progenitorinės ląstelės. Šis asmeninis kūno atkuriamojo rezervo rezervas yra nepaprastai mažas, todėl neįkainojamas. Todėl kamieninės ląstelės yra gaunamos iš embrionų smegenų (ar kitų audinių) - aborto medžiagos, nesvarbu, kaip liūdna apie tai kalbėti.
Juos galima išskirti, sudėti į audinių kultūrą, kur prasidės reprodukcija. Šios ląstelės gali gyventi kultūroje daugiau nei metus ir gali būti naudojamos bet kuriam pacientui. Kamienines ląsteles galima išskirti iš virkštelės kraujo ir suaugusiųjų smegenų (pavyzdžiui, neurochirurgijos metu).
Jį galima išskirti iš neseniai mirusių smegenų, nes šios ląstelės yra atsparios (palyginti su kitomis nervinio audinio ląstelėmis), jos išsaugomos, kai neuronai jau yra išsigimę. Kamieninės ląstelės, išgautos iš kitų organų, tokių kaip nosiaryklė, nėra tokios universalios.
Nereikia nė sakyti, kad ši kryptis yra fantastiškai perspektyvi, tačiau dar nebuvo iki galo ištirta. Medicinoje būtina matuoti septynis kartus, o po to dar kartą tikrinti dešimt metų, kad įsitikintumėte, jog panacėja nesukelia jokių problemų, pavyzdžiui, imuniteto pokyčių. Onkologai taip pat nepasakė svarbaus „taip“. Bet vis dėlto jau yra ir sėkmių, tačiau tik laboratorinių pokyčių, eksperimentų su aukštesniais gyvūnais lygiu.
Pavyzdžiui, imkitės odontologijos. Japonijos mokslininkai sukūrė gydymo sistemą, pagrįstą genais, kurie yra atsakingi už fibroblastų augimą - pačius audinius, kurie auga aplink dantis ir juos sulaiko. Jie išbandė savo metodą šuniui, kuriam anksčiau buvo išsivysčiusi sunki periodonto liga.
Kai visi dantys iškrito, pažeistos vietos buvo gydomos medžiaga, kurioje yra tie patys genai, ir agaro-agaro - rūgščių mišiniu, kuris suteikia maistinę terpę ląstelių dauginimuisi. Po šešių savaičių išsiveržė šuns žirgai.
Tas pats poveikis buvo pastebėtas beždžionei, kurios dantys buvo supjaustyti prie pagrindo. Anot mokslininkų, jų metodas yra daug pigesnis nei protezavimas ir pirmą kartą leidžia daugybei žmonių pažodžiui sugrąžinti dantis. Ypač kai manote, kad po 40 metų 80% pasaulio gyventojų yra linkę į periodonto ligas.
Kitoje eksperimentų serijoje danties kamera buvo užpildyta dentino pjuvenomis (atliekančiomis induktoriaus vaidmenį) su dantenų jungiamuoju audiniu (amfodontu) kaip reaktyvia medžiaga. Ir amfodontas taip pat virto dentinu. Britų stomatologai artimiausiu metu tikisi pereiti nuo sėkmingų eksperimentų su pelėmis prie tolesnių laboratorinių tyrimų. Remiantis konservatyviais skaičiavimais, „kamieniniai implantai“kainuos tiek pat, kiek įprastas protezavimas Anglijoje - nuo 1 500 iki 2 000 svarų.
Tyrimai parodė, kad žmonėms, turintiems inkstų nepakankamumą, reikia grąžinti tik 10% savo inkstų ląstelių, kad nustotų pasikliauti dializės aparatu.
Ir šios krypties tyrimai buvo vykdomi daugelį metų. Kaip svarbu - ne siūti, o vėl augti, nesėdėti ant tablečių, o atkurti sveiką funkciją dėl paslėptų kūno galimybių.
Visų pirma, rastas būdas auginti naujas beta ląsteles kasoje, gaminančias insuliną, pažadėdamas milijonams diabetikų atsikratyti kasdienių injekcijų. O eksperimentai dėl galimybės panaudoti kamienines ląsteles kovojant su diabetu jau yra baigimo stadijoje.
Taip pat vykdomas lėšų, kurios apima regeneraciją, kūrimas. Ontogeny sukūrė augimo faktorių pavadinimu OP1, kurį netrukus bus galima parduoti Europoje, JAV ir Australijoje. Tai skatina naujo kaulinio audinio augimą. OP1 padės gydyti sudėtingus lūžius, kai du sulaužyto kaulo gabalai yra per toli viena nuo kitos ir todėl negali išgydyti.
Dažnai tokiais atvejais amputuota galūnė. Bet OP1 stimuliuoja kaulinį audinį taip, kad jis pradeda augti ir užpildo tarpą tarp sulaužyto kaulo dalių. Rusijos traumatologijos ir ortopedijos institute tyrėjai iš kaulų čiulpų gauna kamienines ląsteles. Po 4-6 savaičių reprodukcijos kultūroje jie persodinami į sąnarį, kur rekonstruojami kremzliniai paviršiai.
Prieš kelerius metus grupė britų genetikų pateikė sensacingą pareiškimą: jie pradeda darbą klonuoti širdį. Jei eksperimentas bus sėkmingas, nereikės persodinti audinių. Tačiau mažai tikėtina, kad bangų genetika apsiribos tik vidaus organų regeneracija, ir mokslininkai tikisi, kad išmoks „auginti“pacientų galūnes.
Ginekologijos srityje kamieninės ląstelės taip pat žada didelę pažadą. Deja, daugelis jaunų moterų šiandien yra pasmerktos nevaisingumui: jų kiaušidės nustojo gaminti kiaušinius.
Tai dažnai reiškia, kad ląstelių fonas, iš kurio atsiranda folikulai, buvo išeikvotas. Todėl būtina ieškoti mechanizmų, kurie juos papildytų. Pirmieji drąsinantys rezultatai šioje srityje pasirodė neseniai.
Mokslininkai jau mato, kaip galima išgelbėti žmones, kuriems diagnozuota kepenų cirozė. Jie mano, kad kai kuriais ligos vystymosi etapais viso organo transplantacija gali būti pakeista įvedus tik kamienines ląsteles (per arterinę lovą, tiesiogines punkcijas, tiesioginį ląstelių persodinimą į kepenų audinį). Rusijos medicinos mokslų akademijos Chirurgijos centro specialistai pradėjo bandomąjį tyrimą, o pirmieji rezultatai teikia vilčių.
Ukrainos mokslininkai širdies ir kraujagyslių ligų srityje vykdo labai įdomius išankstinius pokyčius. Jau šiandien jie turi sukaupę eksperimentinių įrodymų, kad kamieninių ląstelių įvedimas pacientams, patyrusiems miokardo infarktą ar sunkią išemiją, yra perspektyvus gydymo metodas.
Pirmieji klinikiniai eksperimentai su kamieninių ląstelių transplantacija, kurie prasidėjo Pitsburgo universitete JAV, taip pat davė gerų rezultatų kritiškai sergantiems pacientams, patyrusiems išeminį ar hemoraginį insultą. Po ląstelių terapijos juose aiškiai matoma neurologinė reabilitacija.
Deja, labai gerai žinoma bauginanti vaikų, turinčių intrauterinius smegenų pažeidimus, įskaitant cerebrinį paralyžių, statistika. Jau įrodyta, kad jei tokiems vaikams pradedama kamieninių ląstelių transplantacija (arba terapija, kurios tikslas - jas stimuliuoti, tai yra, lokalizuoti savo, endogenines, ląsteles paveiktoje srityje), tada po pirmųjų gyvenimo metų dažnai pastebima, kad net išlaikant anatominę smegenų defektų, vaikai turi minimalius neurologinius simptomus.
Efektyviai išplėtotos kamieninių ląstelių transplantacijos technologijos gali visiškai pakeisti mūsų gyvenimą. Bet tai yra ateitis, ir šiandien ši žinių sritis net neturi savo pavadinimo, tik galimybių: „ląstelių terapija“, „kamieninių ląstelių transplantacija“, „regeneracijos vaistas“, netgi „audinių inžinerija“ir „organų inžinerija“.
Bet jau galima išvardyti visas šios naujos krypties galimybes. Ne veltui sakoma, kad XXI amžius bus pažymėtas biologija, ir, galbūt, atsinaujinimo patirtis, kurią milijonus metų išsaugojo varliagyviai ir pirmuonys, padės žmonijai.