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».
очень сложная тема