Ученые восстановили потерянную ногу лягушки

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, ученые из Университета Тафтса (Tufts University) заявили, что смогли вызвать отрастание потерянной ноги у лягушки с помощью коктейля из 5-и препаратов, нанесенного на силиконовый носимый купол биореактора, который герметизирует эликсир над культей всего на 24 часа. Данное «лечение» запускает 18-месячный период регенерации, который восстанавливает функциональную ногу.

Актуальность исследования

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 остается прерогативой саламандр и супергероев. В новом исследовании ученые приблизили нас на шаг к цели регенеративной медицины.

Какие живые существа обладают способностью к полной регенерации?

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. У людей заживление раны происходит за счет роста новых тканей, а печень обладает замечательной способностью регенерировать до полного размера после потери 50%.

Почему невозможно регенерировать конечность?

Потеря большой и структурно сложной конечности — руки или ноги — не может быть восстановлена ​​никаким естественным процессом регенерации у человека или млекопитающих. После травмы формируются аморфные массы рубцовой ткани, защищая ее от дальнейшей кровопотери и инфицирования и предотвращая дальнейший рост.

Материалы и методы исследования

Исследователи запустили процесс регенерации у африканских когтистых лягушек, покрывая рану силиконовым колпачком, который они назвали BioDome, содержащим гель протеина шелка, наполненный коктейлем из 5-и препаратов. Каждое лекарственное вещество выполняло разные задачи, в том числе уменьшало воспаление, ингибировало выработку коллагена, что приводило к образованию рубцов и стимулировало 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 на пути к открытию регенерации потерянных конечностей

Исследователи наблюдали резкий рост тканей у многих лягушек, подвергшихся лечению, воссоздавая почти полностью функциональную конечность. Новые конечности имели расширенную костную структуру с чертами, подобными естественной костной структуре конечности, более богатой набором внутренних тканей (включая нейроны). 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 обычные лягушки.

Исследователи изучили механизмы, с помощью которых краткосрочное вмешательство может привести к долгосрочному росту. В течение первых нескольких дней после лечения ученые 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 организацией ткани, подобно тому, как это происходит у эмбриона, вместо того, чтобы требовать постоянного терапевтического вмешательства в течение многих месяцев, необходимых для роста конечности.

По словам ученых, использование колпачка BioDome в первые 24 часа помогает имитировать среду, подобную амниотической, что позволяет протекать процессу восстановления без вмешательства рубцовой ткани. Покрытие открытой раны жидкой средой BioDome с правильным коктейлем лекарственных препаратов может дать необходимые первые сигналы для запуска регенеративного процесса.

Авторы другого исследования утверждают, что стресс нарушает процесс регенерации клеток волосяного фолликула.