Отрезанные от тела щупальца и трубчатые ножки арктического морского огурца Psolus fabricii способны выживать в дикой морской воде более трех лет. Канадские биологи обнаружили, что отделенные части тела заживляют раны, реорганизуют внутреннюю структуру и всасывают питательные вещества прямо из воды. Это открытие стало первым в истории примером бесконечного выживания сложной ткани в нестерильных условиях.
Считается, что отделенная от организма сложная ткань (содержащая нервы, мышцы, кожу и соединительные волокна) неизбежно разрушается и погибает. Ученые умеют годами выращивать «бессмертные» клеточные культуры, например, раковых клеток, в пробирках. Однако для этого требуются стерильные инкубаторы, отсутствие патогенов и постоянная подкормка специальным бульоном.
Сохранить сложную многоклеточную ткань живой в дикой природе считалось невозможным. Морские звезды и огурцы умеют заново отращивать потерянные конечности, но сами оторванные части сгнивают за несколько недель.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Science Advances, решили проверить регенеративные возможности тканей дендрохиротидного морского огурца Psolus fabricii. Зоологи отрезали у животных трубчатые ножки и щупальца, затем поместили их в аквариумы с нефильтрованной проточной морской водой. Отрезанные ткани лишили всякой медикаментозной или питательной поддержки. Для контроля в соседние аквариумы поместили куски морских звезд и морских ежей.
Спустя три года контрольные части звезд и ежей предсказуемо погибли. Зато ткани морского огурца остались живы. Раны на месте срезов затянулись всего за шесть дней. С помощью флуоресцентных маркеров ученые зафиксировали в оторванных ножках активные процессы деления новых клеток и программируемого уничтожения старых.
Чтобы выяснить, откуда ткань берет энергию без кровеносной системы и желудка, биологи добавили в аквариум аминокислоты, помеченные тяжелым изотопом азота. Анализ доказал, что оторванные ножки активно всасывают органику прямо из морской воды.
Ученые отметили автономность тканей. Оставшись без тела, кусок ножки «понял», что мышцы ему больше не нужны. Иммунные клетки внутри ножки фагоцитировали (съели) собственную мышечную ткань, пустив ее на стройматериалы и калории для выживания. Место мышц заняла прочная соединительная ткань. При этом оторванные щупальца сохранили нервную сеть: на протяжении всех лет эксперимента они продолжали шевелиться и сжиматься в ответ на прикосновения.
Выжить в нестерильной воде эксплантам помогла клеточная иммунная реакция. В первые 48 часов после ампутации иммунные клетки (целомоциты) мигрировали от центральных тканей к месту среза. Они скапливались по краям раны, поглощая патогены и мертвые клетки.
Затем целомоциты вместе с захваченным мусором просто выбрасывались наружу в воду или скапливались во внутреннем просвете ножки. Как только края раны стягивались, численность иммунных клеток снижалась до базового уровня. Дополнительно от гниения ткань защищали псолусозиды — выделяемые морским огурцом природные токсины, подавляющие микроорганизмы.
Исследователи присвоили этому биологическому парадоксу собственное имя — LiPfe (живые бессмертные экспланты P. fabricii). Клеточная автономия морских огурцов предоставит медикам этичную и дешевую модель для изучения процессов старения, заживления ран и борьбы с инфекциями без использования лабораторных мышей.