Regenerácia stratených orgánov u zvierat je záhadou, ktorá vedcov znepokojuje už od staroveku. Až donedávna sa verilo, že touto nádhernou vlastnosťou sú obdarené iba najnižšie druhy živých tvorov: jašterica rastie oddeleným chvostom, niektoré červy môžu byť rozrezané na malé kúsky a každá z nich vyrastie na červa - existuje veľa príkladov.
Koniec koncov, vývoj živého sveta prešiel z nižších organizmov na stále viac organizovanejšie organizmy, tak prečo táto vlastnosť v určitom štádiu zmizla? A stratili ste to?
Lernaean hydra, Medusa the Gorgon alebo náš trojhlavý had Gorynych, ktorých „samoliečiace sa“hlavy neúnavne odrezal Ivan Tsarevich, sú mýtické postavy, sú však jednoznačne v „príbuzenstve“s veľmi reálnymi tvormi.
Patria sem napríklad mloky - druh chvosta obojživelníka, ktorý sa právom považuje za jedno z najstarších zvierat na Zemi. Ich úžasnou vlastnosťou je schopnosť regenerácie - opätovný rast poškodených alebo stratených chvostov, labiek, čeľustí.
Okrem toho sa tiež obnovuje poškodené srdce, očné tkanivá a miecha. Z tohto dôvodu sú nevyhnutné pre laboratórny výskum a mloky sa posielajú do vesmíru nie menej často ako psy a opice. Mnoho ďalších tvorov má rovnaké vlastnosti.
Takže čierna a biela zebrafish rerio čierna a biela, dlhá iba 2 až 3 cm, má tendenciu regenerovať časti plutiev, očí a dokonca obnovovať bunky vlastného srdca, ktoré chirurgovia pri pokusoch o regeneráciu vystrihli. To isté možno povedať o iných druhoch rýb.
Klasickými príkladmi regenerácie sú jašterice a pulce prestavujúce stratený chvost; raky a kraby rastúce stratené pazúry; slimáky schopné pestovať nové „rohy“očami; mloky, ktoré prirodzene nahrádzajú amputovanú labku; morské hviezdy regenerujú ich oddelené lúče.
Propagačné video:
Mimochodom, nové zviera sa môže vyvinúť z roztrhnutého lúča, ako napríklad rezanie. Ale majster regenerácie bol ploštica alebo planária. Ak si ju nakrájate na polovicu, potom na jednej polovici tela rastie chýbajúca hlava a na druhej strane chvost sa tvoria dva úplne nezávislé životaschopné osoby.
A je možné, že sa objaví úplne neobyčajný, dvojhlavý a dvojitý chvost. To sa stane, ak sa pozdĺžne rezy urobia na prednom a zadnom konci a nedovolia im rásť spolu. Dokonca aj 1/280 časti tela tohto červa vytvorí nové zviera!
Ľudia dlho sledovali našich menších bratov a, aby som bol úprimný, tajne závideli. Vedci prešli od bezvýsledného pozorovania k analýze a pokúsili sa odhaliť zákony tohto „samoliečenia“a „samoliečenia“zvierat.
Prvý, kto sa pokúsil priniesť tomuto fenoménu vedecké objasnenie, bol francúzsky prírodovedec Rene Antoine Reaumur. Bol to on, kto zaviedol do vedy termín „regenerácia“- obnovenie stratenej časti tela so štruktúrou (z latinského ge - „znovu“a generácie - „vznik“) - a uskutočnil sériu experimentov. Jeho práca na regenerácii nôh pri rakovine bola publikovaná v roku 1712. Bohužiaľ, kolegovia jej nevenovali pozornosť a Reaumur tieto štúdie opustil.
Až o 28 rokov neskôr švajčiarsky prírodovedec Abraham Tremblay pokračoval vo svojich pokusoch o regeneráciu. Tvor, na ktorom experimentoval, nemal v tom čase ani meno. Vedci ešte nevedeli, či to bolo zviera alebo rastlina. Dutá stonka s chápadlami, so zadným koncom pripevneným na pohár akvária alebo na vodné rastliny, sa ukázala ako dravec a tiež celkom úžasná.
V experimentoch vedcov sa jednotlivé fragmenty tela malého predátora premenili na nezávislých jedincov - jav, ktorý bol dovtedy známy iba vo svete rastlín. A zviera pokračovalo ohromovať prírodného vedca: v mieste pozdĺžnych rezov na prednej časti lýtka, ktoré urobil vedec, vyrástlo nové chápadlá a zmenilo sa na „viachlavú príšeru“, miniatúrnu mýtickú hydru, ktorá podľa starovekých Grékov bojovala proti Herkulesovi.
Nie je prekvapením, že laboratórne zviera dostalo rovnaké meno. Skúmaná hydra však mala ešte úžasnejšie vlastnosti ako jej lernaejský menovec. Narástla na celé jedno centimeter svojho tela až na 1/200!
Realita prekročila rozprávky! Skutočnosti, ktoré sú dnes známe každému školákovi, uverejnené v roku 1743 v „Zborníku Kráľovskej spoločnosti v Londýne“, sa však pre vedecký svet zdali nepravdepodobné. A potom Tremblay v tomto období podporoval už autoritatívneho Reaumura, čo potvrdzuje spoľahlivosť jeho výskumu.
Téma „škandalózna“okamžite pritiahla pozornosť mnohých vedcov. Čoskoro sa ukázalo, že zoznam zvierat so schopnosťou regenerácie je celkom pôsobivý. Je pravda, že na dlhú dobu sa verilo, že mechanizmus samoobnovovania majú iba najnižšie žijúce organizmy. Vedci potom zistili, že vtáky môžu pestovať zobáky, zatiaľ čo mladé myši a potkany môžu pestovať chvosty.
Aj cicavce a ľudia majú v tejto oblasti tkanivá s veľkým potenciálom - veľa zvierat pravidelne mení svoje kožušiny, obnovujú sa šupiny ľudskej epidermy, strihajú sa vlasy a vyholené brady.
Človek je stvorením nielen veľmi zvedavého, ale aj vášnivo ochotného využiť akékoľvek vedomosti pre svoje dobro. Preto je celkom pochopiteľné, že v určitom štádiu skúmania záhad regenerácie vyvstala otázka: prečo sa to deje a je možné spôsobiť regeneráciu umelo? A prečo vyššie cicavce túto schopnosť takmer stratili?
Po prvé, odborníci poznamenali, že regenerácia úzko súvisí s vekom zvieraťa. Čím je mladší, tým ľahšie a rýchlejšie sa opraví poškodenie. V pulec, chýbajúci chvost ľahko rastie späť, ale strata starej žabie stehienka spôsobuje, že je zakázaná.
Vedci skúmali fyziologické rozdiely a metóda, ktorú obojživelníci používajú na „samoopravu“, sa stala jasnou: ukázalo sa, že v počiatočných fázach vývoja sú bunky budúceho tvora nezrelé a smer ich vývoja sa môže dobre zmeniť. Napríklad experimenty na žabích embryách ukázali, že keď má embryo iba niekoľko stoviek buniek, môže sa z neho vyrezať časť tkaniva, ktorá je určená na to, aby sa stala kožou a umiestnila sa do oblasti mozgu. A toto tkanivo … sa stane súčasťou mozgu!
Ak sa podobná operácia vykonáva aj u zrelšieho embrya, potom sa bude koža stále vyvíjať z kožných buniek - priamo uprostred mozgu. Vedci preto dospeli k záveru, že osud týchto buniek je už vopred určený. A ak pre bunky väčšiny vyšších organizmov neexistuje žiadna cesta späť, potom sú bunky obojživelníkov schopné obrátiť čas a vrátiť sa do okamihu, keď by sa mohol zmeniť ich cieľ.
Aká je táto úžasná látka, ktorá obojživelníkom umožňuje „samoopravu“? Vedci zistili, že ak mlok alebo mlok stratí svoje labky, potom v poškodenej oblasti tela stratia bunky kosti, kože a krvi svoje charakteristické črty.
Všetky sekundárne „novonarodené“bunky, ktoré sa nazývajú blastém, sa začnú intenzívne deliť. A v súlade s potrebami tela sa stávajú bunkami kostí, kože, krvi … aby sa nakoniec stali novou labkou. A ak v okamihu „samoopravenia“pripojíte kyselinu tretinoovú (kyselinu vitamínu A), potom to stimuluje regeneračné schopnosti žabí natoľko, že vyrastú namiesto troch stratených troch nôh.
Po dlhú dobu zostalo záhadou, prečo bol regeneračný program potlačený u teplokrvných zvierat. Existuje niekoľko vysvetlení. Prvý z nich sa scvrkáva na skutočnosť, že teplokrvní ľudia majú o niečo iné priority na prežitie ako chladnokrvní. Zjizvené rany sa stali dôležitejšie ako celková regenerácia, pretože znížili šance na smrteľné krvácanie pri poranení a zavedenie smrteľnej infekcie.
Môže však existovať aj ďalšie vysvetlenie, oveľa tmavšia rakovina, to znamená, že rýchla obnova veľkej časti poškodeného tkaniva znamená vznik rovnakých rýchlo sa deliacich buniek na určitom mieste. To sa pozoruje počas nástupu a rastu zhubného nádoru. Vedci sa preto domnievajú, že pre telo je životne dôležité zničiť rýchlo sa deliace bunky, a preto boli obmedzené možnosti rýchlej regenerácie.
Doktor biologických vied Petr Garyaev, akademik Ruskej akadémie lekárskych a technických vied, hovorí: „To (regenerácia) nezmizlo, iba vyššie zvieratá vrátane ľudí sa ukázali byť viac chránené pred vonkajšími vplyvmi a úplná regenerácia nebola tak potrebná.““
Do istej miery prežil: rany a poranenia sa zahojili, obnoví sa olúpaná koža, vlasy rastú a pečeň sa čiastočne regeneruje. Odrezaná ruka však už nerastie, rovnako ako vnútorné orgány nerastú namiesto tých, ktoré prestali fungovať. Príroda jednoducho zabudla, ako to urobiť. Možno by sme jej to mali pripomenúť.
Ako vždy mu pomohla Jeho Veličenská šanca. Imunologička Helene Heber-Katz z Philadelphie raz dala svojej laboratórnej asistentke obvyklú úlohu: prepichnúť si uši laboratórnych myší, aby ich označili. O pár týždňov neskôr prišiel Heber-Katz k myšiam s hotovými štítkami, ale … nenašiel v ušiach diery.
Urobili sme to znova a dostali sme rovnaký výsledok: žiadny náznak uzdravenej rany. Telo myší regenerovalo tkanivo a chrupavku vyplnením dier, ktoré nepotrebovali. Herber-Katz z toho vyvodil jediný správny záver: blastém je prítomný v poškodených oblastiach uší - rovnakých nešpecializovaných bunkách ako u obojživelníkov.
Ale myši sú cicavce, ktoré by nemali mať. Pokusy na nešťastných hlodavcoch pokračovali. Vedci odrezali kúsky chvostov pre myši a … získali 75 percent regenerácie! Pravda, nikto sa ani nepokúsil odrezať labky „pacientov“zo zrejmého dôvodu: bez kauterizácie myš jednoducho zomrie na ťažkú stratu krvi dlho predtým, ako sa začne regenerácia stratenej končatiny (ak vôbec). A moxové spaľovanie vylučuje výskyt blastému. Nebolo možné nájsť úplný zoznam regeneračných schopností myší. Už sme sa toho však veľa naučili.
Je pravda, že tam bol jeden „ale“. Neboli to obyčajné domáce myši, ale špeciálne zvieratá s poškodeným imunitným systémom. Prvý záver z jej experimentov urobil Heber-Katz: regenerácia je prirodzená iba u zvierat s zničenými T-bunkami - bunkami imunitného systému.
Toto je hlavný problém: obojživelníci to nemajú. To znamená, že kľúč k tomuto javu je zakorenený v imunitnom systéme. Druhý záver: cicavce majú rovnaké gény potrebné na regeneráciu tkanív ako obojživelníky, ale T bunky nedovoľujú týmto génom fungovať.
Tretí záver: organizmy mali pôvodne dve metódy hojenia rán - imunitný systém a regenerácia. V priebehu vývoja sa však tieto dva systémy navzájom nezlučili - cicavce si vybrali T bunky, pretože sú dôležitejšie, pretože sú hlavnou zbraňou tela proti nádorom.
Aké je využitie schopnosti znovu dorásť stratenú ruku, ak rakovinové bunky v tele súčasne rýchlo rastú? Ukazuje sa, že imunitný systém, ktorý nás chráni pred infekciami a rakovinou, zároveň potláča našu schopnosť „samoopraviť“.
Je však skutočne nemožné prísť s niečím, pretože naozaj chcete nielen omladenie, ale aj obnovenie životných funkcií tela? A vedci našli, ak nie všeliek na všetky choroby, potom príležitosť stať sa trochu bližšie k prírode, ale nie kvôli blastému, ale kmeňovým bunkám. Ukázalo sa, že ľudia majú iný princíp regenerácie.
Už dlho bolo známe, že sa môžu regenerovať iba dva typy našich buniek - krvné a pečeňové. Keď sa vyvinie embryo ktoréhokoľvek cicavca, niektoré bunky sa vynechajú zo špecializačného procesu.
Sú to kmeňové bunky. Majú schopnosť doplňovať krv alebo odumierať pečeňové bunky. Kostná dreň tiež obsahuje kmeňové bunky, ktoré sa môžu stať svalmi, tukmi, kosťami alebo chrupavkami v závislosti od toho, aké výživné látky sa im dodávajú v laboratóriu.
Teraz vedci museli empiricky otestovať, či existuje možnosť „spustiť“„inštrukciu“zaznamenanú v DNA každej z našich buniek na pestovanie nových orgánov. Odborníci boli presvedčení, že musíte prinútiť telo, aby „zaplo“svoju schopnosť, a potom sa tento proces postará sám o seba. Je pravda, že schopnosť pestovať končatiny sa okamžite dostane do dočasného problému.
To, čo malé telo ľahko zvládne, je nad rámec moci dospelého: objemy a veľkosti sú omnoho väčšie. Nemôžeme robiť to, čo robia mloci: vytvorte veľmi malú končatinu a potom ju pestujte. Na tento účel obojživelníci potrebujú len pár mesiacov, aby človek vyrastal novú nohu na svoju normálnu veľkosť, podľa výpočtu anglického vedca Jeremyho Broxa to trvá najmenej 18 rokov …
Vedci však našli pre kmeňové bunky veľa práce. Najprv však musíte povedať, ako a odkiaľ sú získané. Vedci vedia, že najväčší počet kmeňových buniek sa nachádza v kostnej dreni panvy, ale u všetkých dospelých už stratili svoje pôvodné vlastnosti. Najsľubnejší je zdroj kmeňových buniek získaných z pupočníkovej krvi.
Vedci však môžu po pôrode odobrať iba 50 až 120 ml takejto krvi. Z každého 1 ml sa uvoľní 1 milión buniek, ale iba 1% z nich sú progenitorové bunky. Táto osobná rezerva regeneračnej rezervy tela je extrémne malá, a preto neoceniteľná. Preto sú kmeňové bunky získavané z mozgu (alebo iných tkanív) embryí - materiálu na potrat, bez ohľadu na to, aké smutné je o ňom hovoriť.
Môžu byť izolované, umiestnené do tkanivovej kultúry, kde sa začne reprodukcia. Tieto bunky môžu žiť v kultúre viac ako rok a môžu byť použité pre všetkých pacientov. Kmeňové bunky môžu byť izolované z pupočníkovej krvi a mozgu dospelých (napríklad pri neurochirurgii).
A môže byť izolovaný z mozgu nedávno zomrelého, pretože tieto bunky sú rezistentné (v porovnaní s inými bunkami nervového tkaniva), zachovávajú sa, keď neuróny už degenerujú. Kmeňové bunky extrahované z iných orgánov, napríklad z nosohltanu, nie sú pri ich aplikácii také univerzálne.
Tento smer je, samozrejme, nesmierne sľubný, ale ešte nebol úplne preskúmaný. V medicíne je potrebné merať sedemkrát a potom znova skontrolovať desať rokov, aby ste sa uistili, že všelék nespôsobuje žiadne problémy, napríklad imunitný posun. Onkológovia tiež nehovorili o svojom vážnom „áno“. Avšak už existujú úspechy, iba na úrovni laboratórneho vývoja, experimentov na vyšších zvieratách.
Zoberte si napríklad stomatológiu. Japonskí vedci vyvinuli systém liečby založený na génoch, ktoré sú zodpovedné za rast fibroblastov - práve tkanív, ktoré rastú okolo zubov a držia ich. Testovali svoju metódu na psovi, u ktorého sa predtým vyvinula závažná periodontálna choroba.
Keď všetky zuby vypadli, postihnuté oblasti boli ošetrené látkou, ktorá obsahuje rovnaké gény a agar-agar - kyslá zmes, ktorá poskytuje živné médium na bunkovú proliferáciu. O šesť týždňov neskôr vypukli psie zuby.
Rovnaký účinok bol pozorovaný u opice so zubami odrezanými k podkladu. Podľa vedcov je ich metóda oveľa lacnejšia ako protetika a prvýkrát umožňuje obrovskému počtu ľudí doslova vrátiť zuby. Najmä ak si uvedomíte, že po 40 rokoch je 80% svetovej populácie náchylných na periodontálne ochorenie.
V ďalšej sérii experimentov bola zubná komora naplnená dentínovými pilinami (hrajúcimi úlohu induktora) spojivovým tkanivom ďasna (ampodont) ako reaktívnym materiálom. A amfodont sa tiež zmenil na dentín. Britskí stomatológovia v blízkej budúcnosti dúfajú, že prejdú z úspešných experimentov na myšiach k ďalšiemu laboratórnemu výskumu. Podľa konzervatívnych odhadov bude „kmeňové implantáty“stáť to isté ako bežné protetiky v Anglicku - od 1 500 GBP do 2 000 GBP.
Štúdie ukázali, že ľudia, ktorí majú zlyhanie obličiek, sa musia vrátiť do života iba 10% svojich obličkových buniek, aby sa prestali spoliehať na dialyzačný prístroj.
A výskum týmto smerom prebieha už mnoho rokov. Aká dôležitá je - nie šiť, ale znovu rásť, nesedieť na tabletkách, ale obnoviť zdravú funkciu vďaka skrytým schopnostiam tela.
Najmä sa našiel spôsob, ako pestovať nové beta bunky v pankrease, ktoré produkujú inzulín, a sľubujú milióny diabetikov, aby sa zbavili denných injekcií. A experimenty týkajúce sa možnosti použitia kmeňových buniek v boji proti cukrovke sú už vo fáze dokončenia.
Pracuje sa aj na vytváraní fondov, ktoré zahŕňajú regeneráciu. Ontogeny vyvinula rastový faktor s názvom OP1, ktorý bude čoskoro k dispozícii na predaj v Európe, Spojených štátoch a Austrálii. Stimuluje rast nového kostného tkaniva. OP1 pomôže pri liečbe zložitých zlomenín, keď sú dva kusy zlomenej kosti príliš ďaleko od vzájomného zarovnania, a preto sa nemôžu liečiť.
V takýchto prípadoch je často končatina amputovaná. Ale OP1 stimuluje kostné tkanivo tak, že začína rásť a vypĺňa medzeru medzi časťami zlomenej kosti. V Ruskom ústave pre traumatológiu a ortopédiu získavajú vedci kmeňové bunky z kostnej drene. Po 4 až 6 týždňoch rozmnožovania v kultúre sa transplantujú do kĺbu, kde rekonštruujú chrupavkové povrchy.
Pred niekoľkými rokmi skupina britských genetikov urobila senzačné vyhlásenie: začnú pracovať na klonovaní srdca. Ak je experiment úspešný, nebude potrebné transplantovať tkanivo. Je však nepravdepodobné, že sa genetika vĺn obmedzí na regeneráciu iba vnútorných orgánov a vedci dúfajú, že sa naučia, ako „pestovať“končatiny pre pacientov.
V oblasti gynekológie majú kmeňové bunky tiež veľký prísľub. Bohužiaľ, mnoho mladých žien je dnes odsúdených na neplodnosť: ich vaječníky prestali produkovať vajcia.
To často znamená, že skupina buniek, z ktorej folikuly pochádzajú, bola vyčerpaná. Preto je potrebné hľadať mechanizmy, ktoré ich doplnia. Prvé povzbudivé výsledky v tejto oblasti sa objavili nedávno.
Vedci už vidia, ako možno zachrániť ľudí, ktorým bola diagnostikovaná cirhóza pečene. Domnievajú sa, že v niektorých štádiách vývoja choroby môže byť transplantácia celého orgánu nahradená zavedením iba kmeňových buniek (cez arteriálne lôžko, priame punkcie, priama transplantácia buniek do pečeňového tkaniva). Špecialisti Centra chirurgie Ruskej akadémie lekárskych vied začali pilotnú štúdiu a prvé výsledky sú povzbudivé.
Veľmi zaujímavý predbežný vývoj uskutočňujú ukrajinskí vedci v oblasti kardiovaskulárnych chorôb. Už dnes zhromaždili experimentálne dôkazy, že zavedenie kmeňových buniek pacientom s infarktom myokardu alebo závažnou ischémiou je sľubnou metódou liečby.
Prvé klinické experimenty s transplantáciou kmeňových buniek, ktoré sa začali na University of Pittsburgh v Spojených štátoch, priniesli dobré výsledky aj u kriticky chorých pacientov, ktorí utrpeli ischemickú alebo hemoragickú cievnu mozgovú príhodu. Po bunkovej terapii je v nich zreteľne viditeľná neurologická rehabilitácia.
Žiaľ, desivé štatistiky o počte detí s vnútromaternicovým poškodením mozgu, vrátane detskej mozgovej obrny, sú veľmi dobre známe. Už bolo dokázané, že ak také deti začnú s transplantáciou kmeňových buniek (alebo terapiou zameranou na ich stimuláciu, tj lokalizáciou vlastných endogénnych buniek v postihnutej oblasti), potom sa po prvom roku života často pozoruje, že aj pri zachovaní anatomických mozgových defektov majú deti minimálne neurologické príznaky.
Efektívne vyvinuté technológie transplantácie kmeňových buniek môžu úplne zmeniť náš život. Je to však budúcnosť a dnes táto oblasť vedomostí nemá ani svoj vlastný názov, iba možnosti: „bunková terapia“, „transplantácia kmeňových buniek“, „regeneračná medicína“, dokonca aj „tkanivové inžinierstvo“a „orgánové inžinierstvo“.
Ale už je možné vymenovať všetky možnosti tohto nového smeru. Nie je bez dôvodu, že hovoria, že XXI. Storočie bude poznačené biológiou, a možno aj skúsenosť regenerácie, ktorú milióny rokov uchovávajú obojživelníci a prvoky, pomôže ľudstvu.