Секрет роста: как учёные регенерировали конечности лягушки

Со времён Чарлза Дарвина известен главный принцип регенерации: способность к восстановлению утраченных частей тела и тканей снижается по мере усложнения строения организма. У низших представителей животного царства — гидр, плоских и дождевых червей — из отдельных кусочков восстанавливается целое тело. Так, если у плоского червя отрезать голову, то его стволовые клетки начнут активно работать, чтобы возместить потерю. У низших позвоночных — тритонов, саламандр — регенерируются лишь отдельные органы, например, конечности и хвосты. У бесхвостых амфибий — лягушек и жаб — утраченные конечности могут отрасти только на ранних стадиях развития, зрелый организм эту способность теряет.

Учёные из Университета Тафтса (США) разработали устройство, которое запустило процесс почти полной регенерации задних конечностей у взрослой особи гладкой шпорцевой лягушки (Xenopus laevis).

В правильном окружении

Исследователи напечатали на 3D-принтере маленький силиконовый «биореактор». Получившееся устройство специалисты наполнили гидрогелем. После этого биологи добавили в ёмкость стероидный гормон прогестерон и протеины шёлка (гидролизованный порошок из шёлковых коконов тутового шелкопряда), способствующие регенерации тканей. Прогестерон является женским гормоном, основная функция которого — подготовка организма к беременности. Однако он также играет важную роль в восстановлении кровеносных сосудов и костной ткани.

Также по теме

«Бесспорный успех»: учёные впервые вырастили пищевод из стволовых клеток

Американские учёные впервые вырастили крошечный аналог пищевода из стволовых клеток. Его можно будет использовать в качестве...

В ходе эксперимента учёные ампутировали лягушке задние конечности. Сразу после операции американские биологи прикрепили к телу животного «биореактор» таким образом, чтобы смесь из него поступала к месту раны. Аппарат работал в течение суток. Затем биологи наблюдали за лягушкой на протяжении 9,5 месяца, отслеживая процесс роста новых конечностей. Постепенно на месте ампутированных лапок появились веслообразные структуры, напоминавшие обычные конечности.

«Клетки на месте ампутированной конечности оказались на 24 часа в правильном окружении. «Биореактор» создал благоприятную среду на месте раны, чтобы ткань в течение следующих 9,5 месяца могла расти так же хорошо, как и во время эмбриогенеза», — сообщил автор исследования Майкл Левин.

По словам американских учёных, в ходе дальнейших экспериментов они заполняли «биореактор» смесью из более сложных компонентов, после чего также прикрепляли устройство к месту ампутированных конечностей лягушек. В результате у подопытных выросли хорошо сформированные лапки с пальцами.

В будущем американские биологи планируют провести аналогичный эксперимент с млекопитающими.

• Тритон, известный своей способностью к регенерации конечностей
• © Pixabay

Вопрос времени

По словам авторов исследования, конечности людей также можно регенерировать — необходимо лишь найти подходящие химические вещества для заправки «биореактора».

«Ваше тело знает, как вырастить конечность, — этим процессом оно занималось во время эмбрионального развития», — отметил Левин.

По мнению российских экспертов, подобные исследования на земноводных помогают лучше понять более сложные процессы регенерации органов и тканей у человека.

Также по теме

Обмануть природу: смогут ли однополые пары иметь биологических детей

Китайские учёные впервые вырастили здоровых мышей с геномами от двух родителей одного пола. Биологи «произвели на свет» мышат от пары...

«Задача регенеративной медицины — активировать собственные способности организма к регенерации. У земноводных такие способности запускаются без стороннего вмешательства довольно хорошо. Например, тритоны могут отращивать лапки. У человека такие возможности сильно ограничены. В случае пореза или перелома организм может справиться. Однако при более серьёзных повреждениях способностей организма не хватает. Цель учёных и медиков — преодолеть это ограничение», — сообщил в беседе с RT доктор биологических наук, профессор КФУ Альберт Ризванов.

По мнению эксперта, создание «правильного» микроокружения для клеток организма, как это сделали американские исследователи с помощью «биореактора», является очень перспективным направлением регенеративной медицины. Российский учёный добавил, что существуют и другие не менее значимые подходы к восстановлению повреждённых органов и тканей, например, использование стволовых клеток, а также отдельных генов и рекомбинантных белков.