Долгое время ученые считали, что неспособность заново отращивать утраченные части тела — одно из главных ограничений человека и других млекопитающих. Саламандры могут восстанавливать целые конечности, а люди обычно заживляют травмы иначе: организм закрывает повреждение рубцовой тканью.
Но новое исследование Техасского колледжа ветеринарной медицины и биомедицинских наук Texas A&M показывает, что регенеративные способности у млекопитающих могут быть не полностью потеряны. Возможно, они скрыты внутри обычных механизмов заживления и просто ждут условий, при которых их можно активировать.
Доктор Кен Мунеока, профессор кафедры ветеринарной физиологии и фармакологии, говорит, что вопрос о том, почему одни животные способны к регенерации, а другие, особенно люди, нет, задавали еще со времен Аристотеля. По его словам, он посвятил карьеру попыткам понять этот механизм.
В исследовании, опубликованном в Nature Communications, Мунеока и его коллеги описали новый двухэтапный подход. Он позволил восстановить кость, суставные структуры и связки. Новые ткани не стали идеальной копией утраченных, но ученые считают, что такой подход в будущем может помочь уменьшать рубцевание и улучшать восстановление тканей после ампутаций.
Когда млекопитающее получает травму, организм обычно запускает фиброз. При этом клетки-фибробласты быстро закрывают рану и формируют рубец. Это защищает от инфекции и дальнейших повреждений, но одновременно мешает телу заново построить то, что было утрачено.
У животных, способных к регенерации, процесс идет иначе. Например, у саламандр похожие клетки собираются в структуру под названием бластема. Она становится основой для роста новых тканей.
По словам Мунеоки, эти клетки как будто могут пойти по двум разным путям: либо создать рубец, либо сформировать бластему. Поэтому команда сосредоточилась на том, чтобы перенаправить поведение фибробластов, которые уже находятся в месте травмы.
Чтобы проверить, можно ли подтолкнуть заживление у млекопитающих в сторону регенерации, ученые использовали два хорошо известных фактора роста, применяя их последовательно.
Сначала они нанесли фактор роста фибробластов 2, или FGF2, уже после того, как рана успела закрыться. Так исследователи позволили организму пройти обычный начальный этап заживления, а затем вмешались в то, что происходит дальше.
FGF2 стимулировал появление структуры, похожей на бластему. Обычно после такого типа травмы у млекопитающих этого не происходит. Через несколько дней ученые применили второй фактор роста — костный морфогенетический белок 2, или BMP2. Он дал клеткам сигнал начать строить новые ткани.
Мунеока объясняет, что это действительно двухэтапный процесс: сначала клетки уводят от образования рубца, а затем им дают сигналы, указывающие, что именно нужно построить.
Одним из важных выводов исследования стало то, что для регенерации, возможно, не нужно добавлять стволовые клетки извне. Такой подход часто изучают в регенеративной медицине, но здесь идея другая: нужные клетки уже есть в организме, надо только научиться управлять их поведением.
Профессор Ларри Сува, который также участвовал в работе, считает, что результаты меняют старые представления о возможностях клеток млекопитающих. По его словам, клетки, которые раньше считались «непрограммируемыми», на самом деле можно перенаправить. Способность не исчезла — она просто скрыта.
Ученые также нашли признаки того, что клетки можно заставить создавать структуры не в том месте, где они обычно формируются. Этот процесс называется позиционной респецификацией и играет важную роль в развитии организма.
Проще говоря, клетки, которые обычно участвуют в формировании одного типа ткани, после травмы могут получить сигнал восстанавливать другую структуру.
Хотя восстановленные ткани не были точной копией исходной анатомии, исследователям удалось вернуть все основные структуры, удаленные при ампутации: кость, сухожилия, связки и суставную ткань.
В восстановленных участках были как скелетные элементы, так и соединительные ткани, расположенные по схеме, напоминающей естественное строение. Мунеока отметил, что ученые получили то, что ожидали увидеть при таком уровне повреждения: структуры присутствуют, хотя и не в идеальной форме.
Результаты также показывают, что регенерация зависит не от одного-единственного механизма, а от работы нескольких биологических путей одновременно. Восстановление тканей оказалось гораздо сложнее, чем простое включение одного сигнала.
Пока исследование находится на ранней стадии, но ученые считают, что практическая польза может появиться еще до того, как станет возможна полноценная регенерация. Даже если не получится полностью заменить утраченные структуры, такой подход может улучшить заживление: уменьшить образование рубцов и усилить восстановление тканей.
Мунеока считает, что специалисты должны начать думать о применении подобных сигналов во время процесса заживления. Даже небольшой сдвиг от рубцевания в сторону восстановления может дать реальную пользу.
Путь к клиническим испытаниям может быть проще, чем у многих других экспериментальных методов. BMP2 уже одобрен FDA для некоторых медицинских применений, а FGF2 сейчас оценивается в нескольких клинических испытаниях.
Авторы исследования считают, что регенерация у млекопитающих, возможно, не является полностью утраченной способностью. Скорее, это спящий механизм, который обычно не включается при заживлении.
По словам Сувы, работа меняет представление о том, что вообще возможно. Когда удается показать, что регенерацию можно активировать, появляются совершенно новые вопросы.
Для Мунеоки это результат десятилетий исследований. Он считает, что неспособность млекопитающих к регенерации можно преодолеть, и теперь у ученых есть модель, с которой можно начинать разбираться, как именно это сделать.
