Регенерацията на загубените органи при животни е мистерия, която тревожи учените още от древни времена. Доскоро се смяташе, че само най-ниските видове живи същества са надарени с това великолепно свойство: гущер израства отрязана опашка, някои червеи могат да бъдат нарязани на малки парчета, а всеки ще прерасне в цял червей - има много примери.
Но в края на краищата, еволюцията на живия свят премина от по-ниски организми към все повече и по-високо организирани, така че защо това свойство изчезна на някакъв етап? И загуби ли се?
Лернейската хидра, Медуза Горгонът или нашата триглава змия Горинич, чиито „самолекуващи” глави бяха неуморно отрязани от Иван Царевич, са митични герои, но очевидно са в роднинска връзка с съвсем истински създания.
Те включват например тритони - вид опашки земноводни, които с право се считат за едно от най-древните животни на Земята. Удивителната им особеност е способността да се регенерира - да регенерират повредени или изгубени опашки, лапи, челюсти.
Освен това увреденото сърце, очните тъкани и гръбначният мозък също се възстановяват. Поради тази причина те са незаменими за лабораторни изследвания, а тритоните се изпращат в космоса не по-рядко от кучетата и маймуните. Много други същества имат същите свойства.
И така, черно-белите зебрафи ририо, дълги само 2-3 см, са склонни да регенерират части от перките, очите и дори да възстановяват клетките на собственото си сърце, изрязани от хирурзите по време на експерименти по регенерация. Същото може да се каже и за други видове риба.
Класическите примери за регенерация са гущерите и поповете, които възстановяват загубена опашка; раци и раци, отглеждащи изгубени нокти; охлюви, способни да отглеждат нови „рога“с очи; саламандри, които естествено заместват ампутираната лапа; морски звезди, регенериращи отсечените им лъчи.
Промоционално видео:
Между другото, от разкъсан лъч, като рязане, може да се развие ново животно. Но шампион по регенерация беше плоският червей, или планария. Ако го разрежете наполовина, тогава липсващата глава расте на едната половина на тялото, а опашката на другата, тоест се формират два напълно независими жизнеспособни индивида.
А появата на напълно необикновена двуглава и двукрака планария е възможна. Това ще се случи, ако се правят надлъжни разрези в предния и задния край и не им позволят да растат заедно. Дори 1/280 от частта от тялото на този червей ще направи ново животно!
Дълго време хората наблюдаваха нашите по-малки братя и, честно казано, тайно завиждат. И учените преминаха от безплодно наблюдение към анализ и се опитаха да разкрият законите на това „самолечение“и „самолечение“на животните.
Първият, който се опита да внесе научна яснота в това явление, беше френският натуралист Рене Антоан Реомюр. Именно той въвежда в науката термина „регенерация“- възстановяване на загубена част от тялото с неговата структура (от латински ge - „отново“и generatio - „възникване“) - и провежда серия от експерименти. Работата му за регенерация на краката при рак е публикувана през 1712г. Уви, колегите не й обърнаха внимание и Реомур се отказа от тези изследвания.
Само 28 години по-късно швейцарският натуралист Абрахам Тремблей продължи експериментите си за регенерация. Съществото, върху което експериментира, дори нямаше име по това време. Освен това учените все още не знаеха дали е животно или растение. Кухото стъбло с пипала, със заден край, прикрепено към чашата на аквариума или към водните растения, се оказа хищник, а също и доста изумителен.
В експериментите на изследователя отделни фрагменти от тялото на дребен хищник се превърнаха в независими индивиди - явление, известно дотогава само в растителния свят. И животното продължи да удивлява естествения учен: на мястото на надлъжните разрези в предния край на прасеца, направени от учения, то отглеждаше нови пипала, превръщайки се в „многоглаво чудовище“, миниатюрна митична хидра, с която според древните гърци се сражаваше Херкулес.
Неучудващо, че лабораторното животно получи същото име. Но хидрата, която се изследва, имаше дори по-прекрасни черти от нейния съименник от Лерней. Тя е нараснала до цели 1/200 от едносантиметровото си тяло!
Реалността надхвърли приказките! Но фактите, които са известни днес на всеки ученик, публикувани през 1743 г. в „Proceedings of the Royal Society of London“, изглеждаха неправдоподобни за научния свят. И тогава Тремблей подкрепи от този път вече авторитетния Реймур, потвърждавайки надеждността на своите изследвания.
„Скандалната“тема веднага привлече вниманието на много учени. И скоро списъкът на животни със способността да се регенерира се оказа доста впечатляващ. Вярно, дълго време се смяташе, че само най-ниските живи организми имат механизъм за самообновяване. Тогава учените откриха, че птиците могат да отглеждат човки, докато младите мишки и плъховете могат да отглеждат опашки.
Дори бозайниците и хората имат тъкани с голям потенциал в тази област - много животни редовно сменят козината си, люспите на човешкия епидермис се подновяват, отрязаната коса и обръснатите бради растат.
Човекът е същество не само изключително любознателно, но и страстно желаещо да използва всякакви знания за свое добро. Следователно е напълно разбираемо, че на определен етап от изучаването на тайните на регенерацията възниква въпросът: защо се случва това и възможно ли е да се предизвика регенерация изкуствено? И защо висшите бозайници почти загубиха тази способност?
Първо, експертите отбелязаха, че регенерацията е тясно свързана с възрастта на животното. Колкото по-млада е, толкова по-лесно и бързо ще се поправят щетите. В поповете липсващата опашка лесно нараства назад, но загубата на крак на стара жаба го прави инвалид.
Учените изследваха физиологичните различия и методът, използван от земноводните за „самовъзстановяване“, стана ясен: оказа се, че в ранните етапи на развитие клетките на бъдещо създание са незрели и посоката на тяхното развитие може да се промени. Например експериментите с жабешки ембриони показват, че когато ембрионът има само няколкостотин клетки, парче тъкан, което е предназначено да стане кожа, може да бъде изрязано от него и поставено в зона на мозъка. И тази тъкан … ще стане част от мозъка!
Ако подобна операция се извърши с по-зрял ембрион, тогава кожата се развива от кожни клетки - точно в средата на мозъка. Затова учените стигнаха до извода, че съдбата на тези клетки вече е предопределена. И ако за клетките на повечето по-висши организми няма връщане назад, тогава клетките на земноводните са в състояние да обърнат времето и да се върнат към момента, в който дестинацията им може да се промени.
Какво е това невероятно вещество, което позволява на земноводните да се „саморемонтират“? Учените са установили, че ако тритон или саламандър загубят лапите си, тогава в увредената област на тялото клетките на костите, кожата и кръвта губят отличителните си черти.
Всички вторично "новородени" клетки, които се наричат бластема, започват да се делят интензивно. И в съответствие с нуждите на тялото, те се превръщат в клетки от кости, кожа, кръв … за да станат в края нова лапа. И ако в момента на "самостоятелно поправяне" свържете третиновата киселина (киселина на витамин А), тогава това стимулира регенеративните способности на жабите толкова много, че те растат три крака, вместо един загубен.
Дълго време остава загадка защо програмата за регенерация е потисната при топлокръвни животни. Може да има няколко обяснения. Първият се свежда до факта, че топлокръвните имат малко по-различни приоритети за оцеляване от студенокръвните. Белезите от ранички стават по-важни от пълната регенерация, тъй като намаляват шансовете за фатално кървене при нараняване и въвеждане на смъртоносна инфекция.
Но може да има друго обяснение, много по-тъмно - рак, тоест бързото възстановяване на огромна площ от увредена тъкан предполага появата на същите бързо делящи се клетки на определено място. Това е, което се наблюдава по време на появата и растежа на злокачествен тумор. Следователно учените смятат, че за организма е станало жизненоважно да разрушава бързо делящите се клетки и следователно възможностите за бърза регенерация са потиснати.
Доктор на биологичните науки Петър Гаряев, академик на Руската академия по медицински и технически науки, казва: "Той (регенерацията) не е изчезнал. Просто по-високи животни, включително хора, се оказа по-защитени от външни влияния и пълната регенерация не беше толкова необходима."
До известна степен тя е оцеляла: раните и порязванията се заздравяват, обелването на кожата се възстановява, косата расте и черният дроб частично се регенерира. Но отрязаната ръка вече не расте, така както вътрешните органи не растат вместо тези, които са престанали да функционират. Природата просто забрави как да го направи. Може би трябва да й напомним за това.
Както винаги, Негово Величество Шанс помогна. Веднъж имунологът Хелен Хебер-Кац от Филаделфия даде на своя лаборант обичайната задача: да пробие ушите на лабораторни мишки, за да ги маркира. Няколко седмици по-късно Хебер-Кац дойде при мишките с готови етикети, но … не намери дупки в ушите.
Направихме го отново и получихме същия резултат: няма намек за заздравяла рана. Тялото на мишките регенерира тъкан и хрущял, като попълва дупките, от които няма нужда. Хербер-Кац направи единственото правилно заключение от това: бластема присъства в увредените участъци на ушите - същите неспециализирани клетки, както при земноводните.
Но мишките са бозайници, те не трябва да имат тази способност. Експериментите върху злополучните гризачи продължили. Учените отрязаха парчета опашки за мишки и … получиха 75 процента регенерация! Вярно е, че никой дори не се е опитал да отреже лапите на „пациентите“по очевидна причина: без каутеризация, мишката просто ще умре от тежка загуба на кръв много преди да започне регенерацията на загубения крайник (ако изобщо има). А moxibustion изключва появата на бластема. Така че не беше възможно да се намери пълен списък на регенеративните способности на мишки. Ние обаче вече сме научили много.
Вярно, имаше едно „но“. Това не бяха обикновени домашни мишки, а специални домашни любимци с увредена имунна система. Първият извод от нейните експерименти Хебер-Кац прави това: регенерацията е присъща само на животни с унищожени Т-клетки - клетки на имунната система.
Ето основния проблем: земноводните го нямат. Това означава, че представата за това явление се корени в имунната система. Вторият извод: бозайниците имат същите гени, необходими за регенерация на тъканите, както земноводните, но Т клетките не позволяват на тези гени да работят.
Третият извод: първоначално организмите са имали два метода за изцеление от рани - имунната система и регенерацията. Но с течение на еволюцията двете системи станаха несъвместими една с друга - и бозайниците избраха Т клетки, защото са по-важни, тъй като те са основното оръжие на тялото срещу тумори.
Каква е ползата от възможността да възстановите загубената ръка, ако в същото време раковите клетки растат бързо в тялото? Оказва се, че имунната система, докато ни предпазва от инфекции и рак, в същото време потиска способността ни да се „самовъзстановяваме“.
Но наистина ли е невъзможно да измислите нещо, защото наистина искате не просто подмладяване, а възстановяване на поддържащите живота функции на тялото? И учените откриха, ако не панацея от всички болести, то тогава възможността да станем малко по-близо до природата, обаче, благодарение не на бластема, а на стволови клетки. Оказа се, че хората имат различен принцип на регенерация.
Дълго време се знаеше, че само два вида клетки могат да се регенерират - кръвни и чернодробни клетки. Когато се развие ембрионът на който и да е бозайник, част от клетките се оставят извън процеса на специализация.
Това са стволови клетки. Те имат способността да попълват кръвта или умиращите чернодробни клетки. Костният мозък съдържа също стволови клетки, които могат да станат мускулни, мастни, костни или хрущялни, в зависимост от това какви хранителни вещества им се дават в лабораторията.
Сега учените трябваше да тестват емпирично дали има шанс да „изстрелят“инструкцията, записана в ДНК на всяка от нашите клетки за отглеждане на нови органи. Експертите бяха убедени, че просто трябва да принудите тялото да "включи" способността му и тогава процесът ще се погрижи за себе си. Вярно е, че способността да растат крайници веднага се натъква на временен проблем.
Това, което мъничко тяло лесно управлява, е извън силата на възрастен: обемите и размерите са много по-големи. Не можем да направим както тритоните: оформете много малък крайник и след това го отглеждайте. За това земноводните се нуждаят само от няколко месеца, за да може човек да отгледа нов крак до нормалните си размери, според изчислението на английския учен Джеръми Брокс са необходими поне 18 години …
Но учените са намерили много работа за стволовите клетки. Първо обаче трябва да кажете как и откъде са получени. Учените знаят, че най-голям брой стволови клетки се намират в костния мозък на таза, но при всеки възрастен човек вече е загубил първоначалните си свойства. Най-обещаващият е ресурсът от стволови клетки, получени от кръв от пъпна връв.
Но след раждането изследователите могат да събират само от 50 до 120 мл от такава кръв. От всеки 1 ml се освобождават 1 милион клетки, но само 1% от тях са клетки-предшественици. Този личен резерв от възстановителния резерв на тялото е изключително малък и следователно безценен. Следователно стволовите клетки се получават от мозъка (или други тъкани) на ембриони - материал за аборт, колкото и тъжно да се говори за това.
Те могат да бъдат изолирани, поставени в тъканна култура, където ще започне репродукцията. Тези клетки могат да живеят в културата повече от година и могат да се използват за всеки пациент. Стволовите клетки могат да бъдат изолирани от кръвта от пъпната връв и от мозъка на възрастни (например по време на неврохирургия).
И може да бъде изолиран от мозъка на наскоро починалите, тъй като тези клетки са устойчиви (в сравнение с други клетки на нервната тъкан), те се запазват, когато невроните вече са се изродили. Стволовите клетки, извлечени от други органи, като назофаринкса, не са толкова многостранни в приложението си.
Излишно е да казвам, че тази посока е фантастично обещаваща, но все още не е напълно проучена. В медицината е необходимо да се измери седем пъти, а след това да се направи повторна проверка за десет години, за да се гарантира, че панацея не води до проблеми, например имунна смяна. Онколозите не казаха и тяхното тежко „да“. Но въпреки това вече има успехи, но само на ниво лабораторни разработки, експерименти върху по-високи животни.
Вземете например стоматология. Японските учени са разработили система за лечение, базирана на гени, които са отговорни за растежа на фибробластите - самите тъкани, които растат около зъбите и ги държат. Тествали метода си върху куче, което преди това е развило тежко пародонтално заболяване.
Когато всички зъби изпаднаха, засегнатите области бяха третирани с вещество, което включва същите тези гени и агар-агар - кисела смес, която осигурява хранителна среда за клетъчна пролиферация. Шест седмици по-късно кучетата на кучето изригнаха.
Същият ефект се наблюдава при маймуна със зъби, изрязани до основата. Според учените методът им е много по-евтин от протезирането и за първи път позволява на огромен брой хора буквално да си върнат зъбите. Особено, когато вземете предвид, че след 40 години 80% от населението на света е предразположено към пародонтоза.
В друга поредица от експерименти, зъбната камера е напълнена с дентин дървени стърготини (играе ролята на индуктор) със съединителната тъкан на венеца (амфодонт) като реактивен материал. А амфодонтът също се превърна в дентин. Британските зъболекари в близко бъдеще се надяват да преминат от успешни експерименти върху мишки към по-нататъшни лабораторни изследвания. По консервативни оценки "стволови импланти" ще струват същото като конвенционалните протези в Англия - от 1500 до 2000 лири.
Проучванията показват, че хората, които имат бъбречна недостатъчност, трябва да върнат към живота само 10% от бъбречните си клетки, за да спрат да разчитат на диализна машина.
И изследванията в тази насока продължават от много години. Колко е важно - да не шием, а да растеме отново, не да седим на хапчета, а да възстановим здравата функция поради скритите възможности на организма.
По-специално е открит начин за отглеждане на нови бета-клетки в панкреаса, които произвеждат инсулин, обещавайки милиони диабетици да се отърват от ежедневните инжекции. И експериментите за възможността за използване на стволови клетки в борбата срещу диабета вече са във фазата на завършване.
В момента се работи и за създаването на средства, които включват регенерация. Ontogeny е разработил фактор на растеж, наречен OP1, който скоро ще бъде достъпен за продажба в Европа, САЩ и Австралия. Той стимулира растежа на нова костна тъкан. OP1 ще помогне при лечението на сложни фрактури, при които двете парчета на счупената кост са твърде отдалечени и следователно не могат да се излекуват.
Често в такива случаи крайникът се ампутира. Но OP1 стимулира костната тъкан, така че тя започва да расте и запълва празнината между частите на счупената кост. В Руския институт по травматология и ортопедия изследователите получават стволови клетки от костния мозък. След 4-6 седмици на размножаване в културата те се трансплантират в ставата, където реконструират хрущялните повърхности.
Преди няколко години група британски генетици направиха сензационно изявление: те започват работа по клонирането на сърцето. Ако експериментът е успешен, няма да има нужда от тъканни трансплантации. Но е малко вероятно вълновата генетика да се ограничи до регенерацията само на вътрешните органи и учените се надяват, че те ще се научат как да "отглеждат" крайници за пациентите.
В областта на гинекологията стволовите клетки също имат голямо обещание. За съжаление, много млади жени днес са обречени на безплодие: яйчниците им са спрели да произвеждат яйца.
Това често означава, че пулът от клетки, от които възникват фоликулите, е изчерпан. Следователно е необходимо да се търсят механизми, които ги допълват. Първите окуражаващи резултати в тази област се появиха наскоро.
Учените вече виждат как хората, на които е била диагностицирана цироза на черния дроб, могат да бъдат спасени. Те смятат, че на някои етапи от развитието на болестта трансплантацията на цял орган може да бъде заменена с въвеждането само на стволови клетки (през артериалното легло, директни пункции, директна клетъчна трансплантация в чернодробна тъкан). Специалисти на Центъра по хирургия на Руската академия на медицинските науки започнаха пилотно проучване и първите резултати са обнадеждаващи.
Много интересни предварителни разработки се извършват от украински учени в областта на сърдечно-съдовите заболявания. Още днес те натрупаха експериментални доказателства, че въвеждането на стволови клетки при пациенти с миокарден инфаркт или тежка исхемия е обещаващ метод на лечение.
Първите клинични експерименти с трансплантация на стволови клетки, започнали в университета в Питсбърг в Съединените щати, също дадоха добри резултати при критично болни пациенти, претърпели исхемичен или хеморагичен инсулт. След клетъчната терапия неврологичната рехабилитация е ясно видима в тях.
За съжаление, плашещата статистика за броя на децата с вътрематочно мозъчно увреждане, включително церебрална парализа, е много добре известна. Вече е доказано, че ако такива деца започват трансплантация на стволови клетки (или терапия, насочена към стимулирането им, тоест локализиране на техните собствени, ендогенни, клетки в засегнатата област), то след първата година от живота често се наблюдава, че дори при запазване на анатомични на мозъчни дефекти, децата имат минимални неврологични симптоми.
Ефективно разработените технологии за трансплантация на стволови клетки могат напълно да променят живота ни. Но това е бъдещето и днес тази област на знанието дори няма собствено име, а само опции: "клетъчна терапия", "трансплантация на стволови клетки", "регенерация на лекарства", дори "тъканно инженерство" и "инженерство на органи".
Но вече е възможно да се изброят всички възможности на тази нова посока. Не без основание казват, че XXI век ще бъде белязан от биологията и, може би, опитът за регенерация, съхранен в продължение на милиони години от земноводни и протозои, ще помогне на човечеството.