Dodano: 28 styczeń 2022r.

Naukowcy znaleźli sposób na odbudowę utraconej kończyny u żaby

Wiele zwierząt posiada zdumiewające zdolności regeneracyjne, dzięki którym potrafią odbudować utraconą część ciała. Wśród nich są salamandry czy niektóre ślimaki morskie. Podobne zdolności posiadają też kijanki, ale dorosłe żaby już nie. A to właśnie dorosłe osobniki żab - platany szponiastej – są bohaterami ostatnich badań. Żabom tym, dzięki zabiegom naukowców i kombinacji kilku leków, odrosły utracone tylne kończyny. Czy zanosi się na przełom w medycynie regeneracyjnej?

Naukowcy znaleźli sposób na odbudowę utraconej kończyny u żaby

 

Dorosłe żaby, w naturze, nie są w stanie zregenerować swoich kończyn. Jednak naukowcom udało się wywołać odrost utraconej nogi za pomocą koktajlu pięciu leków zaaplikowanych w silikonowej, nadającej się do noszenia kopule bioreaktora, która zamyka miksturę nad kikutem. Terapia trwała zaledwie 24 godziny. Ten krótki zabieg uruchomił 18-miesięczny okres odrostu, który zakończył się przywróceniem nogi.

Eksperyment przeprowadzili naukowcy z Tufts University i Harvard University's Wyss Institute. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Science Advances” (DOI: 10.1126/sciadv.abj2164).

Zdolności regeneracyjne

Wiele stworzeń ma zdolność do pełnej regeneracji przynajmniej niektórych kończyn, w tym salamandry, rozgwiazdy, kraby i jaszczurki. Płazińce mogą nawet zostać pocięte na kawałki, a każdy z nich odtwarza cały organizm. U ludzi zdolności regeneracyjne kończą się na paznokciach, włosach i wątrobie.

Jeśli chodzi o ssaki, utrata dużej i strukturalnie złożonej kończyny - ręki lub nogi - nie może zostać odwrócona przez żaden naturalny proces regeneracji. W rzeczywistości mamy tendencję do pokrywania poważnych urazów amorficzną masą tkanki bliznowatej, chroniącą przed dalszą utratą krwi i infekcjami.

Nowa noga

Naukowcy z Tufts uruchomili proces regeneracji u platany szponiastej (Xenopus laevis), zamykając ranę w silikonowym kapturku, który nazwali BioDome. Zawierał on żel proteinowy wypełniony koktajlem pięciu leków.

Każdy lek miał inne zadanie, w tym tłumienie stanu zapalnego, hamowanie produkcji kolagenu, który prowadziłby do bliznowacenia, oraz stymulowanie wzrostu nowych włókien nerwowych, naczyń krwionośnych i mięśni. Kombinacja i bioreaktor zapewniły dobre środowisko i sygnały, które przechyliły szalę z naturalnej tendencji do zamykania kikuta w kierunku procesu regeneracyjnego.

Badacze zaobserwowali wzrost tkanki u wielu z leczonych żab, odtwarzając prawie w pełni funkcjonalną nogę. Nowe kończyny miały rozbudowaną strukturę kostną o cechach zbliżonych do naturalnej kończyny, bogatsze uzupełnienie tkanek wewnętrznych (w tym neuronów), a z końca kończyny wyrastało kilka „palców”, choć bez kości.

Żaby normalnie poruszały odrośniętą kończyną. Zwierzęta były w stanie wykorzystać ją do pływania w wodzie, poruszając się podobnie jak normalna żaba.

Uśpione zdolności, które można obudzić

- To ekscytujące, że wybrane przez nas leki pomogły stworzyć prawie kompletną kończynę - mówi Nirosha Murugan, pracownik naukowy Allen Discovery Center w Tufts i główna autorka pracy. - Fakt, że wystarczyła tylko krótka ekspozycja na leki, aby uruchomić wielomiesięczny proces regeneracji sugeruje, że żaby i być może inne zwierzęta mogą mieć uśpione zdolności regeneracyjne, które można uruchomić – tłumaczy.

Naukowcy zbadali mechanizmy, dzięki którym krótka interwencja mogła doprowadzić do długotrwałego wzrostu. W ciągu pierwszych kilku dni po leczeniu wykryli aktywację znanych szlaków molekularnych, które są normalnie używane w rozwijającym się embrionie, aby pomóc ciału nabrać kształtu.

Aktywacja tych szlaków mogłaby pozwolić, aby ciężar wzrostu i organizacji tkanki był ponoszony przez samą kończynę, podobnie jak ma to miejsce w embrionie, a nie wymagał ciągłej interwencji terapeutycznej.

Jak działa BioDome?

Zwierzęta naturalnie zdolne do regeneracji kończyn żyją głównie w środowisku wodnym. Pierwszym etapem wzrostu po utracie kończyny jest powstanie masy komórek macierzystych na końcu kikuta, zwanej blastemą, która jest najczęściej spotykana na etapie rozwoju zarodków, a w przypadku regeneracji jest wykorzystywana do stopniowej rekonstrukcji utraconej części ciała. W ciągu pierwszych 24 godzin po urazie rana zostaje szybko pokryta komórkami skóry, chroniąc odbudowującą się pod nimi tkankę.

- Ssaki i inne zwierzęta zazwyczaj są narażone na kontakt swoich urazów z powietrzem lub podłożem. Zamknięcie ran tkanką bliznowatą może trwać od kilku dni do kilku tygodni - mówi David Kaplan, Stern Family Professor of Engineering w Tufts i współautor badania. - Zastosowanie nakładki BioDome w ciągu pierwszych 24 godzin pomaga naśladować środowisko przypominające owodnię, co wraz z odpowiednimi lekami pozwala na postęp procesu odbudowy bez ingerencji tkanki bliznowatej – tłumaczy.

W następnej kolejności próby na ssakach

Poprzednia praca zespołu Tufts wykazała znaczny stopień wzrostu kończyny wywołany przez pojedynczy lek, progesteron, również przy wykorzystaniu BioDome. Jednak wtedy kończyna rosła jak kolec i była daleka od normalnie ukształtowanej, funkcjonalnej nogi.

Koktajl pięciu leków to krok milowy w kierunku przywrócenia w pełni funkcjonalnych kończyn u żab. Badacze chcą dalej testować różne kombinacje leków. Planują też przeprowadzenie eksperymentów na ssakach.

 

Źródło: Tufts University, fot. CC BY-SA/ Pouzin Olivier