Может ли наша кожа заживать без образования шрамов? Как показало недавнее исследование на мышах, «спящие» механизмы восстановления в области раны можно запустить
Процессы восстановления поврежденных тканей и органов можно разделить на репарацию и регенерацию. Регенерация позволяет практически полностью восстановить как исходную структуру, так и функции органов. Многие беспозвоночные и некоторые менее эволюционно продвинутые позвоночные, такие как амфибии, способны восстанавливать органы или даже весь организм из небольшого фрагмента тела.
У большинства млекопитающих способности к регенерации сильно ограничены. У человека регенерация на уровне сложных систем клеток встречается крайне редко. После обширных травм или хирургических операций восстановление обычно идет по пути репарации: в месте повреждения формируется рубец-«заплатка» из клеток соединительной ткани и дезорганизованного межклеточного материала, что негативно отражается на функциях.
Кожу млекопитающих часто приводят как пример органа, способного к регенерации, но на деле ее восстановление после травм ограничено. Наша кожа – это сложная система, обеспечивающая защиту, терморегуляцию и сенсорное восприятие благодаря взаимодействию разных клеток, включая клетки эпидермиса (наружного слоя), волосяных фолликулов, а также меланоциты, иммунные клетки и др. Но хотя клетки эпидермиса и восстанавливаются, клетки соединительной ткани (фибробласты) образуют на травмированном участке плотную рубцовую ткань, лишенную волосяных фолликулов, кровеносных и лимфатических сосудов, желез и правильной иннервации.
На самом деле даже у самых эволюционно продвинутых животных дела с регенерацией обстоят не так уж плохо, но только на ранних стадиях развития. Так, у детей примерно до 12-летнего возраста могут отрасти ампутированные кончики пальцев вместе с ногтевой пластиной! Известно, что у эмбрионов и новорожденных у мышей может восстанавливаться без рубца ткань сердечной мышцы, проводящие пути спинного мозга и волосяные фолликулы. Это происходит потому, что эмбриональные фибробласты не вырабатывают избыточный коллаген. Однако по мере «взросления» такая способность быстро теряется
Используя возможности микрохирургии, ученые из США провели эксперименты, позволившие точно зафиксировать, когда кожа теряет способность к регенерации. Для этого они удаляли кусочки кожи у мышиных эмбрионов и новорожденных мышат и следили за ходом заживления с помощью микроскопии.
Оказалось, что еще на 16-й день эмбрионального развития кожа еще способна к полной регенерации всех типов тканей, однако после рождения эти возможности стремительно снижаются. К 5-му дню жизни восстановительный механизм полностью переключается на формирование рубца. К 24-му дню восстановительные процессы замедляются критически.
Исследуя механизмы этой блокировки, ученые выяснили, что главным препятствием для восстановления тканей является гипериннервация в области раны, которую провоцируют все те же фибробласты. После рождения в этих клетках начинает усиленно работать ген Cxcl12, способствуя росту нервных волокон в месте повреждения.
Как известно, сенсорные волокна нейронов (длинные отростки-аксоны вместе с оболочками) достигают кожи еще на эмбриональной стадии, но их плотность и сложность резко возрастают после рождения из-за необходимости ориентации во «внешнем» мире. В случае травмы этот процесс активизируется; к тому же эти нервные волокна обладают повышенной возбудимостью и склонны к спонтанной активации.
Все это способствует возникновению боли и повышенной чувствительности в месте раны. Боль – необходимый спутник травмы, позволяющий нам распознать ее и защищаться, однако избыток нейромедиаторов, которые выделяют сенсорные нервные волокна, блокируют генетические программы регенерации. Кроме того, высокая плотность разрастающихся отростков создает физический барьер для роста новых волосяных фолликулов и сосудов.
В экспериментах на мышах ученые доказали, что если в месте раны временно ограничить гипериннервацию, то «запрет» на регенерацию снимается. Подавление работы гена Cxcl12, так же как локальное введение ботулотоксина (ботокса), эффективно сдерживало избыточный рост нервных отростков, и в коже после травмы восстанавливались различные типы клеток.
Таким образом, можно резюмировать, что хотя сложная сенсорная система млекопитающих развилась ценой утраты способности к полноценной регенерации, на уровне целого органа она лишь заблокирована. И эту блокировку можно устранить генетически или химически, что открывает путь к новым подходам регенеративной медицины.
Временная блокировка нервных сигналов в свежей ране подавляет избыточную активность нейронов, создавая «окно возможностей» для регенерации с формированием полноценной структуры ткани. Сейчас ботокс уже применяют для коррекции сформировавшихся шрамов, однако его использование на ранних стадиях заживления может быть эффективнее.
Фото: https://commons.wikimedia.org
Публикации по теме:
Рекордсмен регенерации среди млекопитающих
Биорегуляторы регенерации – работают в малых дозах
Регенеративная медицина: в поисках «эликсира жизни»