Регенерация без иннервации
Профессор Техасского колледжа ветеринарной медицины и биомедицинских наук Кен Мунеока в публикации 2019 года в журнале Nature впервые доказал, что регенерация суставов у млекопитающих возможна. Теперь его группа бросила вызов многовековым представлениям о том, как млекопитающие могут восстанавливать поврежденные части тела.
У людей естественной способностью к регенерации обладают лишь эпидермис, наружный слой кожи, и некоторые органы, например, печень. Холоднокровные животные, в первую очередь земноводные и рептилии, способны восстанавливать более сложные структуры – кости, суставы и даже целые конечности. Ученые изучали эти виды более 200 лет, пытаясь понять механизмы, лежащие в основе регенерации конечностей, в надежде когда-нибудь преобразовать их, чтобы вызвать более интенсивную регенерацию у людей. Это привело к общему убеждению, что ключом к регенерации конечностей является наличие нервов.
Это может быть верно для ящериц, но не относится к млекопитающим – согласно двум недавно опубликованным исследованиям Мунеоки. Первое исследование, опубликованное в прошлом году в Journal of Bone and Mineral Research, показало, что механическая нагрузка (приложение силы на пораженный участок или им самим) является обязательным требованием для регенерации у млекопитающих. Второе исследование, опубликованное ранее в этом году в журнале Development Biology, показало, что отсутствие нервов не препятствует регенерации. В совокупности эти результаты представляют собой значительный сдвиг в понимании того, как регенерация может работать у человека.
Важность механической нагрузки
Ученые долгое время считали, что необходимы два условия, чтобы запустить регенерацию у млекопитающих. Первое – это факторы роста, способные стимулировать деление клеток и восстановление тканей. При естественной регенерации они вырабатываются организмом. Для индуцированной регенерации эти факторы роста должны быть введены в пораженный участок.
Вторым фактором, который всегда считался необходимым, являлись нервы. Убеждение было основано на многих исследованиях регенерации млекопитающих, индуцированных человеком, на участках (чаще на пальцах), лишенных нервов. Предсказуемый результат – при введении факторов роста регенерация не происходила, значит, нервы необходимы для регенерации. Но аспект механической нагрузки был проигнорирован.
В своих исследованиях Мунеока и его коллеги решили сделать шаг назад и выяснить, действительно ли дело в нервах, или отсутствие механической нагрузки также является частью этого уравнения?
Коннор Долан, бывший аспирант лаборатории Мунеоки, придумал способ проверить потребность в иннервации у млекопитающих. Он использовал метод подвешивания задних конечностей, который десятилетиями используется НАСА и другими учеными для проверки того, как млекопитающие реагируют на условия невесомости. Аналогичный процесс используется во время процедур на лапах крупных животных, чтобы они не переносили вес на пораженные конечности.
Долан обнаружил, что когда конечности мышей были подвешены, даже при условии сохранения нервов и двигательной функции, регенерация полностью подавлялась. Однако возвращение механической нагрузки восстанавливало регенерацию. Это доказало, что механическая нагрузка является важным компонентом регенерации.
В другом эксперименте Долан продемонстрировал, что если у мыши денервирован палец, но она продолжает механическое воздействие на него, палец все равно восстановится. Регенерация происходит немного медленнее, но совершенно нормально.
Последствия исследования
Таким образом, предыдущие исследования не полностью ошибочны, просто не относятся непосредственно к людям. Был проведен ряд исследований на ящерицах, которые доказали, что при удалении нервов они не регенерируют. Но процессы регенерации конечностей у людей, вероятно, ближе к мышам.
Многие ученые не принимают эту идею. По мнению Мунеоки, это связано с тем, что их карьера зависит от исследований нервов и того, как они влияют на регенерацию.
Глядя в будущее
Гипотеза о том, что нервы не требуются для регенерации у млекопитающих, может показаться академическим вопросом. Какой смысл восстанавливать конечность, если человек не может ее чувствовать или управлять без нервов? В этом смысле нервы по-прежнему остаются важной частью головоломки. Но смысл работы заключается в том, чтобы думать о нервах не как о необходимом условии для регенерации, а как о части того, что нуждается в регенерации.
Одним из результатов многочисленных исследований, посвященных нервам, является то, что ученым удалось воссоздать факторы роста, которые вырабатывают нервы, и запустить регенерацию у ящериц, даже если нервов нет. Авторы призывают сделать то же самое с аспектом механической нагрузки. Поскольку клетки по-разному реагируют на механическую нагрузку, каким-то образом эта нагрузка биохимически передается внутри клетки. Значит, физическую силу можно заменить каким-то коктейлем молекул, который будет создавать те же сигналы в клетках.
Статья C.Dolan et al. Mouse Digit Tip Regeneration Is Mechanical Load Dependent опубликована в Journal of Bone and Mineral Research; статья C.Dolan et al. Digit specific denervation does not inhibit mouse digit tip regeneration опубликована в журнале Developmental Biology.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Texas A&M University: New Research Challenges Long-Held Beliefs About Limb Regeneration.