Регенеративная медицина занимается проблемой восстановления, выращивания заново погибших или непоправимо больных органов и тканей. По сути, это альтернатива трансплантации органов – впрочем, более далекая от практической медицины. Пока что отрастить утерянную конечность, подобно саламандре, человек не может, но недавно ученые смогли вырастить ампутированную лапу у лягушки
Способностью к хорошей регенерации обладают многие живые существа: это тритоны и саламандры, у которых легко отрастает утраченная конечность, а также ящерицы, крабы, морские звезды, плоские черви. Немножко умеют регенерировать и люди – например, наша печень может восстановиться после потери даже половины своей массы, не говоря о процессах закрытия ран, при которых происходит рост новых тканей. Но рука или нога, или даже палец заново у нас не вырастет.
Хорошо регенерирующие животные – в основном водные или земноводные организмы. Благодаря водной среде рана у них закрывается клетками уже в течение первых суток и образуется бластема – скопление стволовых клеток, из которых и происходит реконструкция утраченной части тела. У млекопитающих на закрытие раневой поверхности уходит намного больше времени, а контакт с сухими средами (воздух, почва) ведет к рубцеванию, что защищает от кровопотери и инфицирования, но полноценная регенерация в таких условиях не идет.
Ученые из Университета Тафтса и Гарвардского университета (США) предположили, что для запуска регенерации у плохо регенерирующих организмов нужно создать в области раны нужную микросреду, а в нее добавить определенные ростовые факторы и другие биологически активные молекулы. Эти условия должны запустить дремлющую у взрослого организма эмбриональную программу формирования анатомических структур.
Они поставили эксперимент на гладких шпорцевых лягушках (Xenopus laevis). Этот вид хорошо регенерирует на стадии головастика, но у взрослой лягушки эта способность существенно ниже и близка к человеческой.
После ампутации задней лапы ученые всего на сутки закрывали культю портативным биореактором – силиконовым колпачком BioDome, заполненным гелем на основе протеинов шелка, который содержал коктейль из пяти препаратов для регенерации. Это были соединения, которые уменьшали воспаление, снижали выработку белка соединительной ткани коллагена, чтобы ограничить образование рубцовой ткани, стимулировали рост нервных волокон, кровеносных сосудов и мышц.
В первые же дни после операции исследователи обнаружили в тканях в области культи активацию молекулярных путей, характерных для развивающегося эмбриона. Вместо программы рубцевания культи включилась программа регенерации, и в течение года-полутора у лягушек выросли вполне функциональные лапки. Новые конечности имели костную структуру, похожую на обычную и несколько «пальцев», хотя и без костей. Новые лапки реагировали на прикосновение, двигались, лягушки могли с их помощью плавать.
Частичная регенерация наблюдалась у некоторых животных из той контрольной группы, где BioDome не содержал регенерационный коктейль. По-видимому, правильная микросреда сама по себе частично запускает восстановительный процесс. В контрольной группе, где просто проводили ампутацию, процессов регенерации конечности не наблюдалось.
В дальнейшем ученые планируют усовершенствовать методику, добиваясь роста «совсем настоящих» лапок – с нормальными пальцами, перепонками, более детализированным скелетом. Для этого – варьировать состав коктейля и время применения биореактора.
А также исследователи планируют провести аналогичные эксперименты на млекопитающих, хотя удастся ли повторить успех – не на человеке, а хотя бы на более близких к нему видах животных, пока неизвестно.