Как аксолотли регенерируют конечности и органы? Исследования утверждают, что мы в шаге к регенерации на людях

Аксолотлы, характеризующиеся выраженными улыбками и розовыми жабрами, являются яркими представителями среди саламандр.

Однако их значение выходит за рамки внешней привлекательности, поскольку данные организмы обладают уникальной способностью к регенерации утраченных конечностей, что представляет интерес для изучения регенеративных процессов у человека.

В научном сообществе аксолотлы известны своим феноменальным потенциалом к регенерации, обеспечивающим восстановление утраченных конечностей и целых внутренних органов.

Современные исследования, проводимые при участии профессора Джеймса Монагана, заведующего кафедрой биологии Северо-Восточного университета, направлены на выявление молекулярных и генетических механизмов, лежащих в основе этих процессов у аксолотлов, а также на разработку подходов к применению этих знаний для регенеративной медицины человека.

По словам Монагана, данные исследования могут привести к разработке методов бесшовного заживления тканей, а также к восстановлению полноценных структур конечностей, вплоть до пальца.

Более того, существует перспектива расширения этих методов на восстановление больших частей конечности, включая руку.

Видео Брайса Ван Лаанена / Северо-Восточный университет

В результатах недавно опубликованного исследования Монаган предпринял попытку разрешить одну из давних проблем в области регенеративной биологии, существовавшую более двух столетий: каким образом аксолотль определяет, какая именно часть тела должна быть регенерирована?

Например, при потере конечности, каким образом организм различает необходимость восстанавливать отдельную руку, а не всю конечность целиком?

В своей работе Монаган связывает данный феномен позиционной памяти с функцией молекулы ретиноевая кислота (РК), которая координирует процессы регенерации, направляя клетки организма в рамках определения конкретной анатомической структуры для восстановления.

Следует подчеркнуть, что ретиноевая кислота не является уникальным соединением аксолотля: она присутствует и в организме человека, преимущественно поступая через пищевые источники и применяемые дерматологические препараты, содержащие ретинол.

Ретиноевая кислота рассматривается как ключевой компонент высокоэффективного регенеративного потенциала аксолотля.

Осознавая её центральную роль в регуляции сигнальных путей регенерации, Монаган реализовал эксперименты с ее искусственным увеличением.

Ввод дополнительного количества ретиноевая кислоты в конечность аксолотля приводило к формированию не просто однообразной руки, а к образованию дубликата конечности, демонстрируя способность системы выхода за рамки стандартного процесса восстановления.

Понимание механизмов сигнальной регенерации является важным этапом трансляции этих процессов к человеческой биологии, отмечает Монаган.

В организме человека также присутствует ретиноевая кислота и клетки фибробластов, однако важное отличие заключается в том, что многочисленные сигналы, обеспечивающие межклеточную коммуникацию у аксолотля, не активируют человеческие клетки аналогичным образом.

При травмировании человеческой конечности фибробласты реагируют отложением коллагена, что ведёт к образованию рубца.

Противоположным образом у аксолотля фибробласты подчиняются воздействию ретиноевая кислоты, что позволяет им изменять физиологический статус и стимулировать рост новых структурных элементов скелета, фактически инициируя процесс репрограммирования клеток.

Монаган объясняет: «При нахождении механизма, который позволит фибробластам у человека реагировать на регенеративные сигналы, эти клетки смогут выполнить весь регенеративный процесс самостоятельно.

Они уже обладают необходимыми программами из эмбрионального развития для формирования конечности, аналогично процессам у саламандр».

Несмотря на достигнутые успехи, перед применением данных знаний в клинической практике предстоит провести дополнительный объем исследований.

Монаган подчёркивает, что понимание природы и ро́ля сигнальных молекул в системе регенерации аксолотля — это лишь одна часть задачи.

Последующая цель заключается в анализе внутриклеточных механизмов, на которые воздействует ретиноевая кислота, и в выяснении молекулярных мишеней её действия.

В числе ключевых регуляторов выявлен ген короткого гомеобокса shox.

Усиление сигнала ретиноевая кислоты активировало данный ген, что подтверждает его важнейшую роль в регенеративных процессах.

При полном исключении shox из генома аксолотля с использованием метода CRISPR-Cas9 наблюдалось формирование значительно укороченных конечностей с кистями нормальной формы.

Данный феномен коррелирует с проявлениями у людей, имеющих мутации в гене shox, что дополнительно подтверждает функциональное сходство регуляторных механизмов между видами.

Завершая комментарии, Монаган отмечает: «Для прогресса в областях регенеративной биологии и медицины необходимо понять локализацию и сущность позиционной памяти, а также методы её целенаправленного изменения.

Важнейшей задачей является разработка подходов, позволяющих управлять движением клеток согласно заданной траектории восстановления, что напрямую связано с изменением их позиционной памяти».

Источник