Nauji tyrimai meta iššūkį ilgalaikiams įsitikinimams apie galūnių regeneraciją

Nauji tyrimai meta iššūkį ilgalaikiams įsitikinimams apie galūnių regeneraciją

Kenui Muneokai nėra svetimas atsinaujinimo lauko trikdymas; Pavyzdžiui, 2019 m. novatoriškame leidinyje „Nature“ Teksaso A&M universiteto Veterinarinės medicinos ir biomedicinos mokslų koledžo (CVMBS) profesorius pirmą kartą įrodė, kad žinduolių sąnarių regeneracija yra įmanoma.

Dabar jo komanda vėl meta iššūkį kitiems šimtmečių senumo įsitikinimams apie pagrindinį šios srities mokslą, šį kartą susijusį su tuo, kaip žinduoliai gali atkurti pažeistas kūno dalis.

Žmonėms natūralus gebėjimas atsinaujinti apsiriboja audiniais, tokiais kaip epidermis, atokiausias odos sluoksnis ir kai kurie organai, pavyzdžiui, kepenys.

Kitos rūšys, ypač salamandros, turi galimybę atkurti sudėtingas struktūras, tokias kaip kaulus, sąnarius ir net visas galūnes. Dėl to mokslininkai daugiau nei 200 metų tiria šias rūšis, siekdami suprasti galūnių regeneracijos mechanizmus, tikėdamiesi, kad kada nors šie mechanizmai bus išversti, kad paskatintų platesnį žmonių regeneraciją.

Šis tyrimas paskatino įprastą įsitikinimą, kad pagrindinis galūnių regeneravimo veiksnys yra nervų buvimas.

Nors tai gali būti tiesa salamandrai ir kitoms rūšims, žinduoliams taip nėra, rodo du neseniai paskelbti Muneoka tyrimai. Pirmajame tyrime, paskelbtame pernai žurnale „Journal of Bone and Mineral Research“, nustatyta, kad žinduoliams reikalinga mechaninė apkrova (gebėjimas taikyti jėgą paveiktai vietai arba su ja). Antrasis, paskelbtas anksčiau šiais metais „Developmental Biology“, nustatė, kad nervų nebuvimas neslopina regeneracijos.

Kartu šios išvados iš esmės keičia mąstymą apie tai, kaip regeneracija galėtų veikti žmonių medicinoje.

„Tai, ką rodo šie du tyrimai, prieštarauja dviejų šimtmečių senumo dogmai, kad norint atsinaujinti reikia nervų“, – sakė Muneoka. „Žinduoliams jį pakeičia tai, kad reikia mechaninės apkrovos, o ne nervų.

Mechaninės apkrovos svarba

Mokslininkai jau seniai tikėjo, kad paveiktoje zonoje turi būti du dalykai, kad paskatintų žinduolių regeneraciją. Pirmasis yra augimo faktoriai, kurie yra molekulės, galinčios paskatinti ląsteles ataugti ir atkurti kūno dalis.

Natūralaus atsinaujinimo metu šiuos augimo faktorius, kurie skiriasi priklausomai nuo rūšies ir pagal regeneruojamą plotą, gamina organizmas. Žmogaus sukeltam regeneravimui šie augimo faktoriai turi būti įvedami į vietovę.

Antrasis veiksnys, kuris, kaip manoma, buvo būtinas, buvo nervai. Šis įsitikinimas buvo pagrįstas daugeliu ankstesnių žmogaus sukeltų žinduolių regeneracijos tyrimų, susijusių su sričių, dažniausiai pirštų galiukais, be nervų, kuriose visos galūnės taip pat nebegalimos naudoti.

Šie tyrimai duotų numatytą rezultatą – įvedus augimo faktorius, regeneracija neįvyko, todėl galima daryti išvadą, kad, kaip ir kitų rūšių atveju, regeneracijai būtini nervai.

Tačiau mechaninės apkrovos aspektas buvo ignoruojamas.

Savo studijose Muneoka ir kolegos nusprendė žengti žingsnį atgal ir užduoti klausimą: “ar tikrai tai nervai, ar lygties dalyje taip pat trūksta mechaninės apkrovos?”

Connoras Dolanas, buvęs Muneokos laboratorijos absolventas ir pirmasis abiejų naujų tyrimų autorius (dabar dirbantis Walterio Reedo nacionaliniame karo medicinos centre), sugalvojo būdą, kaip patikrinti žinduolių denervacijos poreikį, įkvėptą astronautų.

Šią techniką, vadinamą užpakalinių galūnių suspensija, NASA ir kiti mokslininkai naudojo dešimtmečius, kad išbandytų, kaip žinduoliai reaguoja į nulinės gravitacijos aplinką. Panašus procesas taikomas atliekant medicinines procedūras didelių gyvūnų kojoms, kad gyvūnai neapsunkintų pažeistų galūnių.

„Dolanas pastebėjo, kad kai galūnės buvo pakabintos, nors jos vis dar turėjo daug nervų ir galėjo judėti, jos iš tikrųjų negalėjo daryti spaudimo savo galūnėms, kad pirštų galiukai neatsinaujintų“, – sakė Muneoka. “Tai tiesiog visiškai slopino regeneraciją.”

Tačiau kai tik grįžta mechaninė apkrova, regeneracija išgelbėjama.

„Sustabdymo metu visiškai nieko neįvyksta“, – sakė A. Muneoka. “Tačiau kai apkrova grįš, kelias savaites vėluos, bet tada jie pradės atsinaujinti.”

Šis pirmasis žingsnis įrodė, kad nors gali prireikti nervų, mechaninė apkrova buvo esminis regeneracijos komponentas.

Žengdamas žingsnį toliau, Dolano antroji publikacija parodė, kad nervų nereikia, įrodant, kad jei pelė neturi nervų viename iš savo skaitmenų, bet turi kitų – taigi ji vis dar veikia jėgą denervuotam skaitmeniui – tas skaitmuo. vis tiek atsinaujins.

„Jis nustatė, kad jie atsinaujino šiek tiek lėčiau, bet atsinaujino visiškai normaliai“, – sakė Muneoka.

Tyrimo pasekmės

Muneoka greitai pažymi, kad jų tyrimai nesako, kad ankstesni tyrimai yra klaidingi, o tiesiog tai, kad jie nėra tiesiogiai taikomi žmonėms.

„Buvo atlikta nemažai tyrimų su salamandrais, kurie įrodo, kad pašalinus nervus jie neatsinaujina“, – sakė Muneoka. „Tyrėjai taip pat sugebėjo į ląsteles įdėti augimo faktorius, kuriuos jie žino, kad juos gamina nervai, ir išgelbėjo regeneraciją.

„Taigi, salamandroms tikriausiai reikia nervų, kad atsinaujintų“, – sakė jis. “Bet jei mes ketiname atkurti žmonių galūnes, tai bus daug panašiau į tai, kas vyksta pelėms.”

Nuo tada, kai daugiau nei prieš 20 metų pirmą kartą buvo pradėta žiūrėti į regeneraciją, daugelis Muneokos idėjų atstūmė prieš visuotinai priimtas regeneravimo teorijas. Jis sakė, kad šių dviejų dokumentų paskelbimas užtruko beveik trejus metus, nes iš pradžių jie bandė juos pateikti kartu.

„Daugelis mokslininkų šios idėjos nepripažįsta“, – sakė jis. „Daugelio žmonių karjera tikrai priklauso nuo jų nervų studijų ir jų įtakos regeneracijai. Kad būtų atliktas tyrimas, kuriame teigiama, kad žmonėms mažai tikėtina, kad jums prireiks nervų, visas biomedicininis pritaikymas to, ką žmonės daro salamandrose ir žuvyse, tarsi išeina pro langą.

Žvelgiant į kelią

Nervai, kurių nereikia žinduolių regeneracijai, gali atrodyti kaip akademinis taškas. Galų gale, kokia prasmė būtų regeneruoti galūnę, jei žmogus jos nejaustų ar nevaldytų, nes neturi nervų. Šia prasme nervai vis tiek bus svarbi galvosūkio dalis.

Žvelgiant iš Muneokos perspektyvos, pokytis yra tas, kad užuot galvoję apie nervus kaip reikalavimą atsinaujinti, nervai yra dalis to, ką reikia regeneruoti.

Larry Suva, CVMBS Veterinarinės fiziologijos ir farmakologijos skyriaus (VTPP) vadovas, sako, kad problema ta, kad anksčiau niekas net negalvojo apie apkrovos aspektą.

„Pagalvokite apie sprogimo sužalojimą, kai kareivis lieka su kelmu“, – sakė Suva. „Niekas, kol pasirodė šis dokumentas, net negalvojo apie mechaninio poveikio reikalavimą. Žmonės matė, kad denervuotas gyvūnas neatsinaujina, ir jie galvoja, kad taip yra dėl to, kad buvo nupjautas nervas, bet niekas netyrė mechaninės apkrovos aspekto.

Kaip sako Suva, moksle gausu žmonių, kurie ieško ten, kur geriausia šviesa.

„Dirbu su kaulais, todėl kai matau problemą, žiūriu į kaulų problemą“, – sakė jis. „Žmonės, kurie dirba su nervais, jie žiūri tik į nervus. Taigi labai retai kas nors kaip dr. Muneoka žengs žingsnį atgal ir imsis holistiškesnio požiūrio.

„Štai ką jis atnešė į šią idėją, į šiuos 200 metų senumo duomenis“, – sakė Suva. “Dabar turime pažvelgti į regeneraciją per kitą objektyvą, nes dabar žinome, kad mechaninis poveikis yra labai svarbus.”

Vienas iš tyrimų, kuriuose daugiausia dėmesio skiriama nervams, rezultatų yra tai, kad mokslininkai sugebėjo atkurti nervų gaminamus augimo faktorius, o tai leido tyrėjams pradėti salamandrų regeneraciją, net jei nervų nėra. Suva teigė, kad su šiais naujais atradimais mokslininkai dabar žinos, kad jie turi daryti tą patį su mechaninės apkrovos aspektu, jei nori pradėti žinduolių regeneraciją.

„Mokslininkai jau sugebėjo apgauti kūną, kad jie manytų, kad vis dar yra nervų“, – sakė jis. „Tačiau dabar jie žino, kad taip pat turės apgauti, kad yra mechaninė apkrova, o tai dar nebuvo padaryta anksčiau.

Kadangi ląstelės skirtingai reaguoja į mechaninę apkrovą, kažkaip ta apkrova biochemiškai paverčiama ląstelės viduje.

„Yra keletas laboratorijų, nagrinėjančių biocheminį pagrindą, ką mechaninė apkrova daro ląstelei“, – sakė Muneoka. „Jeigu galėtume suprasti tą biocheminį signalą, tai galbūt fizinę mechaninės apkrovos jėgą galima pakeisti kažkokiu molekulių kokteiliu, kuris sukurs tuos pačius signalus ląstelėse.

Kelio į visišką žmogaus atgimimą pabaiga dar gali būti ilga ateityje, tačiau Suva sako, kad toks esminis mąstymo pokytis yra pagrindinis to kelio ženklas.

„Žmogaus galūnių regeneracija vis dar gali būti mokslinė fantastika, bet mes žinome kai kuriuos faktus apie tai, o dabar žinome, kad kartu su augimo faktoriais turite turėti mechaninę apkrovą“, – sakė jis. „Tai keičia, kaip būsimi mokslininkai ir inžinieriai spręs šią problemą.

„Vis dar reikia išspręsti daugybę sudėtingų problemų, kol bus įmanoma atkurti visas žmogaus galūnes, tačiau dr. Muneokos išvados yra svarbus kitas žingsnis siekiant užtikrinti, kad išspręstume tinkamas problemas.

Nuoroda: Dolan CP, Imholt F, Yan M ir kt. Specifinė skaitmenų denervacija neslopina pelės skaitmenų galiuko regeneracijos. Dev Biol. 2022; 486: 71–80. doi: 10.1016 / j.ydbio.2022.03.007

Šis straipsnis buvo iš naujo paskelbtas iš toliau pateiktos medžiagos. Pastaba: medžiaga gali būti redaguota dėl ilgio ir turinio. Norėdami gauti daugiau informacijos, susisiekite su nurodytu šaltiniu.

Leave a Comment

Your email address will not be published.