Существует ткань, которая выполняет в организме важнейшие функции, хотя лишена большинства признаков, присущих другим тканям: в ней нет ни нервов, ни кровеносных сосудов, ни лимфатической системы.
Свойства этой ткани определяются особенностями не составляющих ее клеток, а продуктов их секреции — гигантских молекул, которые накапливаются вокруг клеток, складываясь в сложную сеть, и образуют межклеточное вещество.
Некоторые из белков, входящих в его состав, относятся к числу самых больших среди вообще синтезируемых клетками белков.
Кроме того, в межклеточном веществе этой ткани много воды и ее свойства в значительной мере определяются именно структурированностью воды.
Эта ткань — хрящ, основной биологический материал, который участвует в создании формы тела, а затем служит в нем опорой.
В эмбрионе хрящ образует остов, на котором формируются большие кости тела, за исключением костей черепа. Потом в растущем организме хрящ образует так называемые зоны роста у оснований костей.
В этих участках происходит рост костей в длину, что как бы продолжает эмбриональные процессы. В течение всей жизни организма хрящ служит на костях покрытием, которое выдерживает давление и сжатие, а кроме того, обеспечивает беспрепятственное скольжение костей относительно друг друга.
Хрящ также играет роль амортизирующей опоры для костей позвоночника.
Если же случается перелом кости, то в таком месте сначала образуется хрящ, который лишь через некоторое время заменяется новой костью; это может происходить в любом возрасте и является как бы кратким повторением эмбриональных процессов.
Изучение хряща не только позволит выяснить ход развития отдельных частей тела, но поможет разобраться и в процессе старения, а также в природе таких болезней, как остеоартрит.
Один из аспектов исследований — анализ молекулярной структуры хряща. Этот вопрос очень важен, так как функции хряща — образование остова, заменяемого впоследствии костью, и сочленение костей — могут быть объяснены теперь, хотя бы частично, на молекулярном уровне.
Хрящ состоит из клеток — хондроцитов, в которых синтезируются гигантские молекулы, накапливающиеся в межклеточном пространстве и образующие межклеточное вещество.
Химические и физические особенности молекул обусловливают такие свойства хряща, как прочность, т.е. способность распределять нагрузку и не разрываться, и упругость, т.е. способность восстанавливать исходную форму и структуру после деформации.
Прочностью хрящ обладает благодаря коллагену — жестким, вытянутым структурам из макромолекул; они имеются помимо хряща в таких органах, как кожа, легкие, глаза.
Упругость хрящу придают молекулы, принадлежащие к обширной группе протеогликанов.
В эмбрионе хрящ впервые появляется на той стадии, когда начинается рост конечностей. Происходит это точно «по расписанию».
В зачатках конечностей куриного эмбриона (куриный эмбрион — наиболее удобный объект для наблюдения) хрящ возникает через четыре с половиной дня после начала инкубации.
В этот момент клетки будущих конечностей в мезодерме — среднем эмбриональном слое — необратимо вступают на тот или иной из возможных для них путей развития, каждый из которых ведет к образованию ткани определенного типа — хряща, костной либо соединительной.
Судьба клеток зачатка определяется несколькими (в основном внешними по отношению к самим клеткам) факторами.
Некоторые из них обусловлены развитием сосудистой системы. Первоначально зачаток конечности куриного эмбриона снабжается питательными веществами через равномерную сеть капилляров.
Вскоре, однако, один из капилляров — ближе к центру зачатка — увеличивается. Этот сосуд станет главной артерией конечности. Около него все капилляры исчезают, возможно потому, что клетки здесь выделяют вещество, тормозящее процесс образования сосудов (васкуляризацию).
Хрящ, по-видимому, содержит такое вещество в течение всей своей жизни. Исчезновение капилляров в центре зачатка завершается к концу четвертого дня развития эмбриона, за 12 ч. до того, как клетки конечности вступают на путь дифференцировки.
Главная артерия разветвляется к периферии, образуя сложную сеть капилляров.
Таким образом, в зачатке конечности центральные и периферические клетки по-разному снабжаются питательными веществами, кислородом и другими соединениями, циркулирующими в крови.
Хрящ развивается в центральной части зачатка, лишенной сосудов. В 1967 г. Э. Цвиллинг и я, работая в Университете Брандейса, предприняли попытку имитировать «микроокружение», под влиянием которого клетки развивающегося зародыша перемещаются и дифференцируются.
Перед нами стояла задача — найти условия, которые способствуют дифференцировке клеток у хондроциты.
