Odraslim žabam je bilo prvič dokazano, da ponovno zrastejo amputirane noge, kar je pomenilo preboj za regeneracijo organov.
Regeneracija pomeni ponovno rast poškodovanega ali manjkajočega dela orgle iz ostankov tkiva. Odrasli ljudje lahko uspešno regenerirajo nekatere organe, kot so jetra in zlasti koža, ki se redno obnavlja in popravlja, žal pa večina človeških tkiv organov nimajo sposobnosti regeneracije. Področje regenerativne medicine si prizadeva najti načine za ponovno sprožitev regeneracije tkiv v našem telesu. Idealna rešitev bi bila sprožiti pomembne poti, ki lahko obnovijo tkivo, na primer okončino, iz lastnih celic, vendar to ni preprost primer, saj znanstveniki še vedno poskušajo razumeti nianse regeneracije tkiva.
V študiji, objavljeni v Poročila o celicah, scientists from Tuft University USA aimed to understand tissue regeneration capacity and how cells cooperate and form a three-dimensional orgle. They chose to reproduce tissue growth in an animal which normally does not regenerate and they chose an amphibian – adult aquatic African clawed frog (Xenopus laevis) – a commonly used laboratory animal in research. Amphibians have very limited tissue renewal capacity similar to humans. Scientists successfully designed a device which retriggers tissue generation at the amputation site and enables to partially regenerate a hindlimb in adult Xenopus frog.
Ponovno rast amputiranih udov
Najprej je bil nosljiv bioreaktor natisnjen v 3D v siliciju in je bil napolnjen s hidrogelom. Nato so bili na ta hidrogelni polimer nameščeni hidratantni svileni proteini, za katere je znano, da spodbujajo celjenje in regeneracijo. Dodan je bil hormon progesteron – nevrosteroid, za katerega je splošno znano, da sodeluje pri menstruaciji, nosečnosti in dojenju. Progesteron sodeluje tudi pri pospeševanju popravljanja živčnih krvnih žil in drugih tkiv. Žabe so bile razdeljene v poskusno, kontrolno in lažno skupino. V kontrolni in lažni skupini je bila bioreaktorska naprava zašita v žabe takoj po amputaciji uda. V poskusni skupini je bioreaktor sproščal progesteron na mesto amputacije. Naprave so bile odstranjene po 24 urah. Nato so žabe redno opazovali več mesecev. Žabe v kontrolni in lažni skupini so razvile tanek hrustančni konik na mestu amputacije, kar je normalno, če regeneracija tkiva napreduje brez pomoči. Samo pri žabah eksperimentalne skupine je bilo ugotovljeno, da je bioreaktorska naprava sprožila večjo regeneracijo okončin, žabe pa so ponovno zrasle bolj strukturiran privesek v obliki vesla blizu skoraj popolnoma oblikovanega uda. To je kazalo na podprto regeneracijo tkiva. Vidna razlika je bila opazna že v nekaj tednih, kar kaže, da je bioreaktorska naprava ustvarila podporno okolje okoli rana omogočiti rast tkiva – podobno kot bi tkiva rasla v zarodku v maternici. Že samo kratka dobava progesterona iz bioreaktorja (nastavljenega le za 24 ur) je v nekaj mesecih sprožila rast mehkih tkiv in kosti. Po histološki analizi in molekularnem pregledu regeneriranih struktur je bilo ugotovljeno, da so ti udi debelejši in imajo bolj razvite kosti, inervacijo in vaskularizacijo. Živali, zdravljene s progesteronom, so bile tudi bolj aktivne kot kontrolna in navidezna skupina.
Rast okončin se je ustavila po približno šestih mesecih, vendar je privedla do tipične rasti prstov na rokah in nogah. Odrasle okončine so imele dober volumen in gostoto kosti, glavne krvne žile, dobro nastavljene živce in te žabe so lahko celo plavale podobno, kot bi običajne neamputirane žabe uporabljale svoje domače okončine. Zaporedje RNA in analiza transkriptoma sta pokazala, da je bioreaktor modificiral gensko ekspresijo v celicah na mestu amputacije. Torej so bili geni, povezani z oksidativnim stresom in aktivnostjo belih krvnih celic, aktivni (uravnavani), nekateri drugi pa so bili znižani. Zmanjšala sta se tudi brazgotinjenje in imunski odziv, kar je omogočilo nadaljevanje regeneracije z oslabitvijo naravnega odziva telesa na poškodbo, ki bi sicer ovirala proces regeneracije.
Prihodnost
Ta študija temelji na logiki definiranja začetnega ali sprožilnega programa, ki bi vodil do dolgoročne rasti. Lahko ga imenujemo nov model celične stimulacije. Prejšnje študije so pokazale, da lahko miši v normalnih okoliščinah delno regenerirajo amputirane konice prstov, vendar ker niso vodne in ni vode, ki bi jih zaščitila, zato za razliko od dvoživk postopek pri miših ni bil učinkovit, ker so bile občutljive regenerirane celice ponovno izpostavljene trdim površinam in ponovno. Pristop regeneracije pri vretenčarjih bi moral biti uporaben za sesalce in človeško telo in morda bi zelo kmalu v prihodnosti lahko regenerirali kompleksne organe, ki bi jih lahko uporabili za presaditev organov ali kakršne koli poškodbe, morda celo raka.
***
{Izvirno raziskovalno nalogo lahko preberete s klikom na spodnjo povezavo DOI na seznamu citiranih virov}
Vir (i)
Herrera-Rincon C et al. 2018. Kratka lokalna uporaba progesterona prek nosljivega bioreaktorja povzroči dolgotrajen regenerativni odziv pri odraslih Xenopus Hindlimb. Poročila o celicah. 25 (6). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.010
***
