Ученые давно пытаются понять, каким образом земноводные -- например, тритоны и саламандры -- регенерируют оторванные хвосты, конечности, челюсти. Более того, у них восстанавливаются и поврежденное сердце, и глазные ткани, и спинной мозг. Способ, применяемый земноводными для саморемонта, стал понятен, когда ученые сравнили регенерацию зрелых особей и эмбрионов. Оказывается, на ранних стадиях развития клетки будущего существа незрелы, их участь вполне может измениться.
Это показали эксперименты над эмбрионами лягушек. Когда эмбрион имеет всего лишь нескольких сотен клеток, из него можно вырезать часть ткани, которой уготована участь стать шкурой, и поместить ее в область мозга. И эта ткань станет частью мозга. Если же подобная операция производится с более зрелым эмбрионом, то из клеток кожи все равно развивается кожа -- прямо посреди мозга. Потому что судьба этих клеток уже предопределена.
Для большинства организмов клеточная специализация, из-за которой одна клетка становится клеткой иммунной системы, а другая, скажем, частью шкурки -- это дорога с односторонним движением, и клетки придерживаются своей "специализации" до самой смерти.
А клетки земноводных умеют обратить время вспять и вернуться к тому моменту, когда предназначение могло измениться. И если тритон или саламандра потеряли лапу, на поврежденном участке тела клетки костей, шкуры и крови становятся клетками без отличительных признаков. Вся эта масса вторично "новорожденных" клеток (ее называют бластемой) начинает усиленно делиться. И в соответствии с нуждами "текущего момента" становиться клетками костей, шкуры, крови... Чтобы стать в конце новой лапой. Лучше прежней.
|
|
До печенки дошло
А как у человека? Известно только два вида клеток, которые могут регенерировать, -- это клетки крови и клетки печени. Но здесь принцип регенерации иной. Когда эмбрион млекопитающего развивается, немножко клеток остается в стороне от процесса специализации. Это -- стволовые клетки. Они обладают способностью пополнять запасы крови или отмирающих клеток печени. Костный мозг тоже содержит стволовые клетки, которые могут становиться мышечной тканью, жиром, костями или хрящами -- в зависимости от того, какие питательные вещества им даются. По крайней мере в кюветах.
Если ввести клетки костного мозга в кровь мыши с поврежденными мышцами, эти клетки собираются в месте повреждения и выправляют его. Впрочем, что верно для мыши, неприменимо к человеку. Увы, мышечные ткани взрослого человека не восстанавливаются.
А некоторые мыши -- умеют
Есть ли шансы на то, что человеческое тело обретет способность регенерировать недостающие части? Или подобное остается уделом научной фантастики?
Совсем недавно ученые твердо знали, что млекопитающие не могут регенерировать. Все изменилось совершенно неожиданно и, как часто бывает в науке, совершенно случайно. Иммунолог Элен Хебер-Кац из Филадельфии однажды дала своему лаборанту обычное задание: проколоть уши лабораторным мышам, чтобы нацепить им ярлычки. Через пару недель Хебер-Кац пришла к мышам с готовыми ярлычками, но... не нашла в ушках дырочек. Естественно, доктор устроила выволочку своему лаборанту и, невзирая на его клятвы, сама взялась за дело. Прошло несколько недель -- и изумленному взору ученых предстали чистейшие мышиные ушки без всякого намека на заживленную ранку.
|
|
Этот странный случай заставил Хербер-Кац сделать совершенно невероятное предположение: а что если мыши просто регенерировали ткани и хрящи для заполнения ненужных им дырок? При пристальном рассмотрении выяснилось, что в поврежденных участках ушей присутствует бластема -- такие же неспециализированные клетки, как у земноводных. Но мыши --млекопитающие, они не должны бы иметь такие способности...
А как другие части тела? Доктор Хебер-Катц отрезала мышкам кусочек хвоста и... получила 75-процентную регенерацию!
Возможно, вы ждете, что сейчас я расскажу, как доктор отрезала мышиную лапку... Напрасно. Причина очевидна. Без прижигания мышь просто умрет от большой потери крови -- задолго до того, когда начнется (если вообще начнется) регенерация потерянной конечности. А прижигание исключает появление бластемы. Так что полный список регенерационных способностей катцевских мышей выяснить не удалось. Однако и это уже немало.
Но только, бога ради, не режьте хвосты своим домашним мышам! Потому что в филадельфийской лаборатории живут особенные питомцы -- с поврежденной иммунной системой. И вывод из своих опытов Хебер-Катц сделала такой: регенерация присуща только животным с уничтоженными Т-клетками (клетками иммунной системы).
А у земноводных, кстати, вообще нет никакой иммунной системы. Значит, именно в иммунной системе и коренится разгадка этого феномена. Млекопитающие имеют такие же необходимые для регенерации тканей гены, как и земноводные, но Т-клетки не позволяют этим генам работать.
|
|
Доктор Хебер-Катц полагает, что организмы первоначально имели два способа исцеления от ран -- иммунную систему и регенерацию. Но в ходе эволюции обе системы стали несовместимы друг с другом -- и пришлось выбирать. Хотя регенерация может на первый взгляд показаться лучшим выбором, Т-клетки для нас -- насущней. Ведь они -- основное оружие организма против опухолей. Что толку быть способным отращивать себе заново потерянную руку, если одновременно в организме будут бурно развиваться раковые клетки?
Получается, что иммунная система, защищая нас от инфекций и рака, одновременно подавляет наши способности к "саморемонту".
На какую клетку нажать.
Дорос Платика, глава бостонской компании Ontogeny, уверен, что однажды мы сможем запустить процесс регенерации, даже если и не поймем все его детали до конца. Наши клетки хранят в себе врожденную способность отращивать новые части тела, точно так, как они это делали в процессе развития плода. Инструкция по выращиванию новых органов записана в ДНК каждой из наших клеток, нам просто нужно заставить их "включить" свою способность, а дальше процесс сам позаботится о себе.
Специалисты Ontogeny работают над созданием средств, включающих регенерацию. Первое -- уже готово и, возможно, скоро будет разрешено к продаже в Европе, США и Австралии. Это -- фактор роста под названием OP1, он стимулирует рост новой костной ткани. OP1 поможет при лечении сложных переломов, когда две части сломанной кости сильно не совпадают друг с другом и потому не могут срастись. Часто в таких случаях конечность ампутируют. Но OP1 стимулирует костную ткань так, что она начинает расти и заполняет собой промежуток между частями сломанной кости.
Все, что нужно сделать врачам, -- это подать сигнал, чтобы костные клетки "росли", а тело само знает, сколько нужно костной ткани и где. Если такие сигналы роста найти для всех типов клеток, отрастить новую ногу можно будет при помощи нескольких инъекций.
Когда нога станет взрослой?
Правда, на пути к столь светлому будущему есть пара ловушек. Во-первых, стимулирование клеток к регенерации может привести к возникновению рака. Земноводные, не имеющие иммунной защиты, как-то иначе защищены от рака -- вместо опухолей у них вырастают новые части тела. Но клетки млекопитающих так легко поддаются бесконтрольному обвальному делению...
Другая ловушка -- это проблема времени. Когда у эмбрионов начинают расти конечности, химические вещества, диктующие форму новой конечности, легко распространяются по крошечному телу. У взрослых людей расстояния значительно больше. Можно решить эту проблему, сформировав очень маленькую конечность, и затем начать ее выращивать. Именно так и поступают тритоны. Для выращивания новой конечности им требуется всего пара месяцев, но мы-то ведь немного больше. Сколько времени потребуется человеку, чтобы вырастить новую ногу до нормального размера? Лондонский ученый Джереми Брокс считает, что не меньше 18 лет...
А вот Платика более оптимистичен: "Я не вижу причины, по которой нельзя отрастить новую ногу за считанные недели или месяцы".Так когда же врачи смогут предложить инвалидам новую услугу -- отращивание новых ног и рук? Платика говорит, что через пять лет.
Неправдоподобно? Но ведь если бы пять лет назад кто-то сказал, что будут клонировать человека, никто бы ему не поверил... Но потом была овечка Долли. А сегодня мы, забыв об удивительности самой этой операции, обсуждаем совсем другую проблему -- имеют ли право правительства остановить научный поиск? И принудить ученых искать для уникального эксперимента клочок экстерриториального океана? Хотя существуют и совершенно неожиданные ипостаси. Например стоматология. Хорошо бы если потерянные зубы отрастали... Этого и добились японские ученые.
Система их лечения, по информации ИТАР-ТАСС, основана на генах, которые отвечают за рост фибропластов - тех самых тканей, что растут вокруг зубов и держат их. Как сообщают ученые, сначала они проверили свой метод на собаке, у которой предварительно развили тяжелую форму парадонтоза. Когда все зубы выпали, пораженные участки обработали веществом, в состав которого входят эти самые гены и агар-агар - кислотная смесь, обеспечивающая питательную среду для размножения клеток. Спустя шесть недель у пса прорезались клыки. Такой же эффект наблюдался у обезьяны со стесанными до основания зубами. По словам ученых, их метод намного дешевле протезирования и впервые позволяет вернуть в прямом смысле свои зубы огромному числу людей. Особенно если учесть, что после 40 лет склонность к пародонтозу возникает у 80 процентов населения планеты.
Ждем, когда можно будет вырастить новые зубы…