[ad_1]
Для миллионов пациентов, потерявших конечности по самым разным причинам, от диабета до травм, возможность восстановления функций путем естественной регенерации остается недосягаемой. Отрастание ног и рук — прерогатива саламандр и супергероев.
Но в исследовании, опубликованном в журнале Научные достижения, ученые из Тафтса и Института Висса Гарвардского университета приблизили нас на шаг к цели регенеративной медицины.
У взрослых лягушек, которые от природы не способны регенерировать конечности, исследователи смогли вызвать отрастание потерянной ноги с помощью коктейля из пяти препаратов, нанесенного на силиконовый носимый купол биореактора, который герметизирует эликсир над культей всего на 24 часа. Это краткое лечение запускает 18-месячный период отрастания, который восстанавливает функциональную ногу.
Многие существа обладают способностью к полной регенерации по крайней мере некоторых конечностей, включая саламандр, морских звезд, крабов и ящериц. Плоских червей можно даже разрезать на части, каждая из которых реконструирует целый организм. Люди способны закрывать раны за счет роста новых тканей, а наша печень обладает замечательной, почти подобно плоскому червю способностью регенерировать до полного размера после потери 50%.
Но потеря большой и структурно сложной конечности — руки или ноги — не может быть восстановлена никаким естественным процессом регенерации у человека или млекопитающих. На самом деле, мы склонны покрывать крупные травмы аморфной массой рубцовой ткани, защищая ее от дальнейшей кровопотери и инфицирования и предотвращая дальнейший рост.
Запуск регенерации
Исследователи из Тафтса инициировали процесс регенерации у африканских когтистых лягушек, закрыв рану силиконовым колпачком, который они назвали BioDome, содержащим гель протеина шелка, наполненный коктейлем из пяти препаратов.
Каждый препарат выполнял разные задачи, в том числе уменьшал воспаление, ингибировал выработку коллагена, который мог бы привести к образованию рубцов, и стимулировал новый рост нервных волокон, кровеносных сосудов и мышц. Комбинация и биореактор обеспечили локальную среду и сигналы, которые склонили чашу весов от естественной тенденции к закрытию культи в сторону регенеративного процесса.
Исследователи наблюдали резкий рост тканей у многих лягушек, подвергшихся лечению, воссоздавая почти полностью функциональную ногу. Новые конечности имели удлиненную костную структуру с чертами, подобными естественной костной структуре конечности, более богатый набор внутренних тканей, включая нейроны, и несколько «пальцев», выросших из конца конечности, хотя и без поддержки подлежащей кости.
Отросшая конечность двигалась и реагировала на такие раздражители, как прикосновение жесткого волокна, и лягушки могли использовать ее для плавания в воде, двигаясь так же, как обычная лягушка.
«Приятно видеть, что препараты, которые мы выбрали, помогли создать почти полную конечность», — сказал Нироша Муруган, научный сотрудник Центра открытий Аллена в Тафтсе и первый автор статьи. «Тот факт, что для запуска многомесячного процесса регенерации требовалось лишь кратковременное воздействие препарата, предполагает, что лягушки и, возможно, другие животные могут иметь дремлющие регенеративные способности, которые можно привести в действие».
Исследователи изучили механизмы, с помощью которых краткосрочное вмешательство может привести к долгосрочному росту. В течение первых нескольких дней после лечения они обнаружили активацию известных молекулярных путей, которые обычно используются в развивающемся эмбрионе, чтобы помочь телу принять форму.
Активация этих путей может позволить самой конечности справиться с бременем роста и организации ткани, подобно тому, как это происходит у эмбриона, вместо того, чтобы требовать постоянного терапевтического вмешательства в течение многих месяцев, необходимых для роста конечности.
Как работает Биодом
Животные, способные к регенерации от природы, живут в основном в водной среде. Первой стадией роста после потери конечности является образование массы стволовых клеток на конце культи, называемой бластемой, которая используется для постепенной реконструкции утраченной части тела.
Рана быстро покрывается клетками кожи в течение первых 24 часов после травмы, защищая восстанавливающуюся ткань под ней.
«Млекопитающие и другие регенерирующие животные, как правило, получают травмы, подвергающиеся воздействию воздуха или соприкасающиеся с землей, и им может потребоваться от нескольких дней до недель, чтобы закрыться рубцовой тканью», — сказал Дэвид Каплан, профессор инженерных наук семьи Стерн в Тафтсе и соавторах. автор исследования. «Использование колпачка BioDome в течение первых 24 часов помогает имитировать среду, подобную амниотической, что, наряду с правильными препаратами, позволяет протекать процессу восстановления без вмешательства рубцовой ткани».
Следующие шаги в лягушках и млекопитающих
Предыдущая работа команды Тафтса показала значительную степень роста конечностей, вызванную одним препаратом, прогестероном, с BioDome. Однако получившаяся конечность росла в виде шипа и была далека от более нормальной функциональной конечности, полученной в текущем исследовании.
Коктейль из пяти препаратов представляет собой важную веху на пути к восстановлению полностью функциональных конечностей лягушки и предполагает, что дальнейшее изучение комбинаций лекарств и факторов роста может привести к отросшим конечностям, которые будут еще более функционально полными, с нормальными пальцами, перепонками и более детализированным скелетом и скелетом. мускулистые черты.
«В следующий раз мы проверим, как это лечение можно применить к млекопитающим», — сказал автор-корреспондент Майкл Левин, профессор биологии Ванневара Буша в Школе искусств и наук, директор Центра открытий Аллена в Тафтсе и ассоциированный член факультета. Институт Висс.
«Покрытие открытой раны жидкой средой под BioDome с правильным коктейлем лекарств может дать необходимые первые сигналы для запуска регенеративного процесса», — сказал он. «Это стратегия, направленная на запуск дремлющих, врожденных программ формирования анатомических паттернов, а не на микроуправление сложным ростом, поскольку у взрослых животных все еще есть информация, необходимая для создания структур их тела».
С заместителем директора по связям со СМИ Майком Сильвером можно связаться по адресу mike.silver@tufts.edu.
Связанный
[ad_2]
Source