Obnavljanje izgubljenih organov pri živalih je skrivnost, ki že od antičnih časov skrbi znanstvenike. Do nedavnega je veljalo, da je s to veličastno lastnostjo obdarjena le najnižja vrsta živih bitij: kuščar zraste odrezan rep, nekaj črvov lahko razrežemo na majhne koščke in vsak zraste v cel črv - primerov je veliko.
Konec koncev je evolucija živega sveta prešla od nižjih organizmov do vse bolj visoko organiziranih, zakaj je ta lastnost na neki stopnji izginila? In je bilo izgubljeno?
Lernajska hidra, Meduza Gorgona ali naša troglava zmija Gorynych, katere "samozdravilne" glave je neumorno sekal Ivan Tsarevich, so mitični liki, vendar so očitno v sorodstvu z zelo resničnimi bitji.
Sem spadajo na primer tritovi - vrsta krošnjastih dvoživk, ki upravičeno veljajo za eno najbolj starodavnih živali na Zemlji. Njihova neverjetna lastnost je sposobnost obnavljanja - vračanja poškodovanih ali izgubljenih repov, tac, čeljusti.
Poleg tega se obnovijo tudi poškodovano srce, očesna tkiva in hrbtenjača. Zaradi tega so nepogrešljive za laboratorijske raziskave, novice pa pošiljajo v vesolje nič manj pogosto kot psi in opice. Mnoga druga bitja imajo enake lastnosti.
Torej, črno-bele zebrefish rerio, dolge le 2-3 cm, ponavadi obnavljajo dele plavuti, oči in celo obnavljajo celice svojega srca, ki so jih med poskusi na regeneraciji izrezali kirurgi. Enako lahko rečemo za druge vrste rib.
Klasični primeri regeneracije so kuščarji in tadpoles, ki obnovijo izgubljen rep; raki in raki rastejo izgubljeni kremplji; polži, sposobni gojiti nove "rogove" z očmi; salamandri, ki naravno nadomestijo amputirano šapo; morske zvezde, ki obnavljajo svoje odsekane žarke.
Promocijski video:
Mimogrede, nova žival se lahko razvije iz odtrganega žarka, kot rez. Toda prvak regeneracije je bil ploski črv, oziroma planaria. Če ga prerežete na pol, potem manjkajoča glava raste na eni polovici telesa, rep na drugi, torej dva popolnoma neodvisna sposobna človeka.
In videz povsem izredne, dvoglave in dvoglave planarije je možen. To se bo zgodilo, če bodo na sprednjem in zadnjem koncu narejeni vzdolžni rezi in ne omogočajo, da rastejo skupaj. Že 1/280 telesnega dela tega glista bo naredil novo žival!
Dolgo so ljudje opazovali naše manjše brate in, če sem iskren, na skrivaj zavidali. In znanstveniki so prešli iz brezplodnega opazovanja v analizo in poskušali razkriti zakonitosti tega "samozdravljenja" in "samozdravljenja" živali.
Prvi, ki je skušal znanstveno pojasniti ta pojav, je bil francoski naravoslovec Rene Antoine Reaumur. Prav on je v znanost uvedel izraz "regeneracija" - obnova izgubljenega dela telesa s svojo strukturo (iz latinskega ge - "spet" in generatio - "nastanek") - in izvedel vrsto poskusov. Njegovo delo o regeneraciji nog pri raku je bilo objavljeno leta 1712. Žal, kolegi niso bili pozorni nanjo in Reaumur je te študije opustil.
Šele 28 let pozneje je švicarski naravoslovec Abraham Tremblay nadaljeval poskuse regeneracije. Stvar, na katerem je eksperimentiral, takrat sploh ni imel imena. Poleg tega znanstveniki še niso vedeli, ali gre za žival ali rastlino. Votlo steblo s pikci, katerega zadnji del je pritrjen na kozarec akvarija ali na vodne rastline, se je izkazalo za plenilec in tudi precej neverjetno.
V poskusih raziskovalca so se posamezni drobci telesa malega plenilca spremenili v neodvisne posameznike - pojav, ki je bil do tedaj znan le v rastlinskem svetu. In žival je še naprej osupnila naravoslovca: na mestu vzdolžnih rezov na sprednjem koncu teleta, ki jih je naredil znanstvenik, je zrasla nova pikapolonica, ki se je spremenila v "večglavo pošast", miniaturno mitsko hidro, s katero so se po besedah starih Grkov borili Herkul.
Presenetljivo je, da je laboratorijska žival dobila isto ime. Toda hidra, ki jo raziskujejo, je imela celo bolj čudovite lastnosti kot njen lenarški istoimen. Zrasla je na celo 1/200 svojega en centimetrskega telesa!
Resničnost je presegla pravljice! Toda dejstva, ki so danes znana vsem šolarjem, objavljena leta 1743 v "Proceedings of the Royal Society of London", so se znanstvenemu svetu zdela nedoumljiva. In potem je Tremblay tokrat podpiral že tako avtoritativnega Reaumurja, ki je potrdil zanesljivost njegovih raziskav.
"Škandalozna" tema je takoj pritegnila pozornost mnogih znanstvenikov. In kmalu se je seznam živali s sposobnostjo regeneracije izkazal za zelo impresiven. Res je, dolgo je veljalo, da imajo samo najnižji živi organizmi mehanizem samoobnavljanja. Znanstveniki so nato odkrili, da ptice lahko gojijo kljunove, medtem ko mlade miši in podgane lahko gojijo repo.
Tudi sesalci in ljudje imajo tkiva z velikim potencialom na tem področju - številne živali redno menjajo svoje krzno, luske človeške povrhnjice se obnavljajo, rastejo dlake in obrite brade.
Človek je bitje, ki ni samo zelo radovedno, ampak tudi strastno pripravljeno kakršno koli znanje uporabiti za svoje dobro. Zato je povsem razumljivo, da se je na določeni stopnji preučevanja skrivnosti regeneracije pojavilo vprašanje: zakaj se to dogaja in ali je mogoče umetno povzročiti regeneracijo? In zakaj so višji sesalci skoraj izgubili to sposobnost?
Najprej so strokovnjaki ugotovili, da je regeneracija tesno povezana s starostjo živali. Mlajši kot je, lažje in hitreje se popravi škoda. V mravljici manjkajoči rep zlahka zraste nazaj, toda zaradi izgube stare žabje noge se to onemogoči.
Znanstveniki so raziskovali fiziološke razlike in metoda, ki jo dvoživke uporabljajo za "samopopravljanje", je postala jasna: izkazalo se je, da so celice bodočega bitja v zgodnjih fazah razvoja nezrele, smer njihovega razvoja pa se lahko tudi spremeni. Na primer, poskusi na žabjih zarodkih so pokazali, da ko ima zarodek le nekaj sto celic, se lahko iz njega izreza košček tkiva, ki naj bi postal koža, in ga postavi na predel možganov. In to tkivo bo postalo del možganov!
Če takšno operacijo opravimo z bolj zrelim zarodkom, se bo koža še vedno razvila iz kožnih celic - prav na sredini možganov. Zato so znanstveniki ugotovili, da je usoda teh celic že vnaprej določena. In če za celice večine višjih organizmov ni poti nazaj, potem celice dvoživk lahko obrnejo čas in se vrnejo v trenutek, ko bi se njihov cilj lahko spremenil.
Kaj je ta neverjetna snov, ki dvoživkam omogoča "samopopravljanje"? Znanstveniki so ugotovili, da če newt ali salamander izgubita šape, potem na poškodovanem predelu telesa celice kosti, kože in kri izgubijo svoje značilne lastnosti.
Vse sekundarno "novorojene" celice, ki jih imenujemo blastema, se začnejo intenzivno deliti. In v skladu s potrebami telesa postanejo celice kosti, kože, krvi … da postanejo na koncu nova šapa. In če v trenutku "samopopravljanja" povežete tretinojsko kislino (kislina vitamina A), potem to spodbudi regenerativne sposobnosti žab toliko, da zrastejo tri noge namesto ene izgubljene.
Dolgo časa je ostala skrivnost, zakaj je bil program regeneracije pri toplokrvnih živalih zatrt. Pojasnila je lahko več. Prvi se spušča na dejstvo, da imajo toplokrvni ljudje nekoliko drugačne prioritete za preživetje kot hladnokrvni. Brazgotinske rane so postale pomembnejše od popolne regeneracije, saj so zmanjšale možnosti smrtne krvavitve pri poškodbah in uvedbo smrtonosne okužbe.
Lahko pa obstaja še ena razlaga, veliko temnejša - rak, torej hitro obnavljanje velikega območja poškodovanega tkiva pomeni nastanek istih hitro delljivih celic na določenem mestu. To je tisto, kar opazimo med nastankom in rastjo malignega tumorja. Zato znanstveniki verjamejo, da je za telo postalo ključno, da hitro uniči celice, zato so bile možnosti za hitro regeneracijo zatirane.
Doktor bioloških znanosti Petr Garyaev, akademik Ruske akademije medicinskih in tehničnih znanosti, pravi: "To (regeneracija) ni izginila, samo višje živali, vključno z ljudmi, so se izkazale za bolj zaščitene pred zunanjimi vplivi in popolna regeneracija ni bila tako potrebna."
Do neke mere je preživela: zacelijo se rane in kosi, obnavlja se olupljena koža, rastejo lasje in jetra delno obnavljajo. Toda odsekana roka ne raste več, tako kot notranji organi ne rastejo namesto tistih, ki so prenehali delovati. Narava je preprosto pozabila, kako to storiti. Mogoče bi jo morali spomniti na to.
Kot vedno je pomagalo Njegovo veličanstvo. Imunologinja Helene Heber-Katz iz Filadelfije je nekoč svojemu laboratorijskemu asistentu dala običajno nalogo: preboditi ušesa laboratorijskih miši, da jih označi. Nekaj tednov pozneje je Heber-Katz prišla na miši s pripravljenimi nalepkami, vendar … v ušesih ni našla lukenj.
Ponovno smo to storili in dobili enak rezultat: nobenega namiga za zaceljeno rano. Telo miši je regeneriralo tkivo in hrustanec tako, da so zapolnili luknje, ki jih niso potrebovali. Herber-Katz je iz tega edino pravilno sklepal: blastema je prisotna na poškodovanih predelih ušesa - enake nespecializirane celice kot pri dvoživkah.
Toda miši so sesalci, ne bi smeli imeti te sposobnosti. Nadaljevali so poskusi na nesrečnih glodalcih. Znanstveniki so miši odrezali koščke repov in … dobili 75-odstotno regeneracijo! Res je, nihče niti ni poskušal odrezati šape "bolnikom" iz očitnega razloga: brez kavterizacije bo miš preprosto umrl zaradi velike izgube krvi veliko preden se začne regeneracija izgubljene okončine (če sploh). In moxibustion izključuje pojav blasteme. Tako ni bilo mogoče najti celotnega seznama regenerativnih sposobnosti miši. Vendar smo se že veliko naučili.
Res je, obstajalo je eno "ampak". To niso bile navadne hišne miši, ampak posebne hišne ljubljenčke s poškodovanim imunskim sistemom. Prvi sklep iz njenih poskusov Heber-Katz je naredil tako: regeneracija je lastna samo živalim z uničenimi T-celicami - celicami imunskega sistema.
Tu je glavni problem: dvoživke ga nimajo. To pomeni, da je pojem tega pojava zakoreninjen v imunskem sistemu. Drugi zaključek: sesalci imajo iste gene, ki so potrebni za regeneracijo tkiv kot dvoživke, vendar T celice ne dovoljujejo, da bi ti geni delovali.
Tretji zaključek: organizmi so prvotno imeli dve metodi celjenja ran - imunski sistem in regeneracijo. Toda sčasoma sta oba sistema postala nezdružljiva drug z drugim - in sesalci so si izbrali T celice, ker so pomembnejše, saj so glavno orožje telesa proti tumorjem.
Kakšna je korist od ponovnega vračanja izgubljene roke, če hkrati rakave celice hitro rastejo v telesu? Izkaže se, da imunski sistem, medtem ko nas ščiti pred okužbami in rakom, hkrati zavira našo sposobnost "samopopravljanja".
Toda ali je res nemogoče izumiti karkoli, saj si resnično želite ne samo pomlajevanja, temveč obnovitve življenjsko podpornih funkcij telesa? In znanstveniki so ugotovili, če ne za vse bolezni, potem pa priložnost, da se nekoliko približamo naravi, vendar ne zahvaljujoč se blastemi, ampak matičnim celicam. Izkazalo se je, da imajo ljudje drugačen princip regeneracije.
Dolgo časa je bilo znano, da se lahko obnavljata samo dve vrsti naših celic - krvne in jetrne celice. Ko se razvije zarodek katerega koli sesalca, nekatere celice ostanejo v postopku specializacije.
To so matične celice. Imajo sposobnost obnavljanja krvi ali umiranja jetrnih celic. Kostni mozeg vsebuje tudi matične celice, ki lahko postanejo mišice, maščobe, kosti ali hrustanec, odvisno od tega, katera hranila so jim dana v laboratoriju.
Zdaj so morali znanstveniki empirično preizkusiti, ali obstaja možnost, da "sprožijo" navodila, zapisana v DNK vsake naše celice, za rast novih organov. Strokovnjaki so bili prepričani, da morate telo preprosto prisiliti, da "vklopi" svoje sposobnosti, nato pa bo postopek poskrbel sam. Res je, sposobnost rasti okončin takoj naleti na začasen problem.
Kar majhno telo zlahka obvlada, presega moči odraslega: količine in velikosti so veliko večje. Ne moremo storiti tako, kot to počnejo trije: oblikujte zelo majhen ud in ga nato gojite. Za to dvoživke potrebujejo le nekaj mesecev, da bi človek zrasel novo nogo do svoje običajne velikosti, po izračunu angleškega znanstvenika Jeremyja Broxa potrebuje najmanj 18 let …
Toda znanstveniki so našli veliko dela za matične celice. Najprej morate povedati, kako in od kod jih dobimo. Znanstveniki vedo, da se največ koščkov matičnih celic nahaja v kostnem mozgu medenice, vendar so pri kateri koli odrasli osebi že izgubili svoje prvotne lastnosti. Najbolj obetaven je izvor matičnih celic, pridobljenih iz popkovnične krvi.
Toda po porodu lahko raziskovalci zberejo le 50 do 120 ml take krvi. Iz vsakega 1 ml se sprosti 1 milijon celic, le 1% pa jih je celic potomcev. Ta osebna zaloga obnovitvene rezerve telesa je izredno majhna in zato neprecenljiva. Zato se matične celice pridobivajo iz možganov (ali drugih tkiv) zarodkov - splavnega materiala, ne glede na to, kako žalostno je govoriti o tem.
Lahko jih izoliramo, damo v tkivno kulturo, kjer se bo začelo razmnoževanje. Te celice lahko živijo v kulturi več kot eno leto in se lahko uporabljajo za vsakega pacienta. Matične celice lahko izoliramo iz popkovnične krvi in iz možganov odraslih (na primer med nevrokirurgijo).
In lahko ga izoliramo iz možganov nedavno umrlih, saj so te celice odporne (v primerjavi z drugimi celicami živčnega tkiva), se ohranijo, ko so nevroni že degenerirali. Matične celice, izločene iz drugih organov, kot je nazofarinks, pri svoji uporabi niso tako vsestranske.
Ni treba posebej poudarjati, da je ta smer fantastično obetavna, vendar še ni povsem raziskana. V medicini je treba meriti sedemkrat, nato pa deset let ponovno preveriti, da panaceja ne povzroča težav, na primer imunskega premika. Tudi onkologi niso rekli njihovega tehtnega "da". A kljub temu že obstajajo uspehi, vendar le na ravni laboratorijskih razvoja, poskusov na višjih živalih.
Na primer vzemite zobozdravstvo. Japonski znanstveniki so razvili sistem zdravljenja, ki temelji na genih, ki so odgovorni za rast fibroblastov - samih tkiv, ki rastejo okoli zob in jih držijo. Svojo metodo so preizkusili na psu, ki je pred tem razvil hudo parodontalno bolezen.
Ko so izpadli vsi zobje, smo prizadeta območja obdelali s snovjo, ki vključuje te iste gene in agar-agarjem - kislinsko mešanico, ki zagotavlja hranilni medij za razmnoževanje celic. Šest tednov pozneje so izbruhnili pasji pesi.
Enak učinek so opazili pri opici z zrezanimi zobmi do podlage. Po mnenju znanstvenikov je njihova metoda veliko cenejša od protetike in prvič omogoča ogromnemu številu ljudi, da dobesedno vrnejo zobe. Še posebej, če upoštevate, da je po 40 letih 80% svetovne populacije nagnjeno k parodontalni bolezni.
V drugem nizu poskusov je bila zobna komora napolnjena z dentinsko žagovino (igra vlogo induktorja) z vezivnim tkivom dlesni (amfodont) kot reaktivnim materialom. In amfodont se je prav tako spremenil v dentin. Britanski zobozdravniki v bližnji prihodnosti upajo, da bodo od uspešnih poskusov na miših prešli na nadaljnje laboratorijske raziskave. Po konzervativnih ocenah bodo "stebelni vsadki" stali enako kot običajna protetika v Angliji - od 1500 do 2000 funtov.
Študije so pokazale, da morajo ljudje, ki imajo ledvično odpoved, vrniti v življenje le 10% svojih ledvičnih celic, da se nehajo zanašati na dializni aparat.
In raziskovanje v tej smeri poteka že vrsto let. Kako pomembno je - ne šivati, ampak znova rasti, ne sedeti na tablete, temveč obnoviti zdravo funkcijo zaradi skritih zmožnosti telesa.
Zlasti je bilo ugotovljeno, kako rastejo nove beta celice v trebušni slinavki, ki proizvajajo inzulin, kar obljublja milijone diabetikov, da se bodo znebili vsakodnevnih injekcij. In poskusi o možnosti uporabe matičnih celic v boju proti diabetesu so že v zaključni fazi.
Poteka tudi delo na področju ustvarjanja sredstev, ki vključujejo regeneracijo. Ontogeny je razvil faktor rasti, imenovan OP1, ki bo kmalu na voljo v prodaji v Evropi, ZDA in Avstraliji. Spodbuja rast novega kostnega tkiva. OP1 bo pomagal pri zdravljenju zapletenih zlomov, pri katerih sta dva dela zlomljene kosti preveč oddaljena med seboj in se zato ne moreta zaceliti.
Pogosto se v takih primerih amputira ud. Toda OP1 stimulira kostno tkivo, tako da začne rasti in zapolniti vrzel med deli lomljene kosti. Na Ruskem inštitutu za travmatologijo in ortopedijo raziskovalci pridobivajo matične celice iz kostnega mozga. Po 4-6 tednih razmnoževanja v kulturi jih presadimo v sklep, kjer rekonstruirajo hrustančne površine.
Pred nekaj leti je skupina britanskih genetikov dala senzacionalno izjavo: začnejo delati na kloniranju srca. Če je poskus uspešen, presaditve tkiv ne bodo potrebne. Toda malo verjetno je, da bo valovna genetika omejena na regeneracijo le notranjih organov, znanstveniki pa upajo, da se bodo naučili "rasti" okončin za paciente.
Na področju ginekologije matične celice tudi veliko obljubljajo. Na žalost je danes veliko mladih žensk obsojenih na neplodnost: njihovi jajčniki so prenehali proizvajati jajčeca.
To pogosto pomeni, da je bazen celic, iz katerih izhajajo folikli, izčrpan. Zato je treba iskati mehanizme, ki jih dopolnjujejo. Prvi spodbudni rezultati na tem področju so se pojavili pred kratkim.
Znanstveniki že vidijo, kako se lahko rešijo ljudje, ki jim je bila diagnosticirana ciroza jeter. Menijo, da lahko na nekaterih stopnjah razvoja bolezni presaditev celega organa nadomestimo z vnosom samo matičnih celic (skozi arterijsko dno, neposredne punkcije, neposredno presaditev celic v jetrno tkivo). Strokovnjaki centra za kirurgijo Ruske akademije medicinskih znanosti so začeli pilotno študijo in prvi rezultati so spodbudni.
Ukrajinski znanstveniki na področju srčno-žilnih bolezni izvajajo zelo zanimive predhodne dogodke. Že danes so nabrali eksperimentalne dokaze, da je vnos matičnih celic pri bolnikih z miokardnim infarktom ali hudo ishemijo obetaven način zdravljenja.
Prvi klinični poskusi s presaditvijo matičnih celic, ki so se začeli na Univerzi v Pittsburghu v ZDA, so dali tudi dobre rezultate pri kritično bolnih bolnikih, ki so utrpeli ishemično ali hemoragično možgansko kap. Po celični terapiji je v njih jasno vidna nevrološka rehabilitacija.
Na žalost so zastrašujoče statistike števila otrok z intrauterino poškodbo možganov, vključno s cerebralno paralizo, zelo dobro poznane. Dokazano je že, da če taki otroci začnejo presaditi matične celice (ali terapijo, usmerjeno v njihovo stimulacijo, torej lokalizacijo lastnih, endogenih, celic na prizadetem območju), potem po prvem letu življenja pogosto opazimo, da tudi z ohranitvijo anatomskih možganskih napak imajo otroci minimalno nevrološke simptome.
Učinkovito razvite tehnologije presaditve matičnih celic nam lahko popolnoma spremenijo življenje. Toda to je prihodnost in danes to področje znanja niti nima svojega imena, temveč le možnosti: "celična terapija", "presaditev matičnih celic", "regeneracijsko zdravilo", celo "tkivni inženiring" in "organski inženiring".
Toda že je mogoče našteti vse možnosti te nove smeri. Neupravičeno pravijo, da bo XXI stoletje zaznamovala biologija, in morda bo izkušnja regeneracije, ki jo milijoni let ohranjajo dvoživke in protozoji, pomagala človeštvu.