Саламандра — уникальный механизм регенерации

Эти существа входят в семейство хвостатых земноводных, похожих на ящериц, с большой плоской головой и слаборазвитыми пятипалыми конечностями. Распространены саламандры в Европе, Азии, Северной Африке и Северной Америке. Характерным свойством саламандр (как и других хвостатых земноводных) является способность к регенерации, то есть к восстановлению утраченных или повреждённых органов и тканей на протяжении всей их жизни. Изучение этого процесса, возможно, приоткроет перспективу обретения подобного свойства человеком.

Сроки способности к регенерации

Конечности саламандры покрыть кожей и состоят из костей, мышц, сухожилий, нервов и кровеносных сосудов. Кроме того, там наличествуют особые клетки соединительной ткани, называемые фибробластами, которые удерживают внутренние органы на своих местах и придают утраченным конечностям их форму.

Взрослые саламандры восстанавливают утраченные передние и задние лапы непрерывно, сколько бы раз они не утрачивались на протяжении жизни этих существ. Лягушки способны к регенерации только на стадии головастиков, но при взрослении они теряют эту способность. Даже эмбрионы млекопитающих могут обновлять свои конечности, но перед появлением на свет эта способность у них исчезает. Действительно, тенденция к снижению свойства регенерации является как бы зеркалом эволюции высших животных, оставившей «низших» саламандр в качестве единственного позвоночного существа, способного к регенерации на протяжении всей его жизни.

Загадки самовосстановления

Люди издавна удивлялись, как саламандры и другие земноводные включают механизм регенерации? Как восстанавливающая функция «узнает», какая именно конечность утрачена и нуждается в замене? Почему на коже саламандры не остаётся шрамов после регенерации? Как ткани у взрослых саламандр сохраняют эмбриональную способность к самовосстановлению?

Ясно, что ответы на эти вопросы имеют прямое отношение к облегчению участи людей, лишившихся конечностей.

Реакция человеческого организма на ампутацию руки или ноги не очень отличается от реакции саламандры, но вскоре начинаются различия. У человека после ампутации остаётся шрам и с трудом протекает процесс лечения, однако, выявлены некоторые признаки того, что всё же в человеческом организме дремлют способности к регенерации даже сложных органов.

Сопутствующие явления

Когда саламандра лишается своей лапы, кровеносные сосуды в оставшейся «культе» резко сокращаются в размерах, так что обильного кровотечения из раны не происходит. Более того, клетки поверхностного слоя кожи быстро покрывают рану так называемой верхушечной эпителиальной крышкой, необходимой для успешной регенерации. Между тем, фибробласты разрывают связи с соединительной тканью и устремляются по поверхности раны к её центру. Здесь они размножаются и образуют так называемую бластему, представляющую собой скопление особых клеток, формирующих новую конечность саламандры.

Много лет назад сотрудники Калифорнийского университета доказали, что клетки бластемы у саламандр подобны клеткам в развивающихся конечностях их эмбриона. Согласно этому открытию, развитие конечностей из бластемы в сущности повторяет в кратком виде их естественное развитие у растущих существ. Важнейшим вкладом в понимание этого процесса было обнаружение следования той же генетической программе в обоих процессах. И поскольку у человека конечности тоже формируются на стадии эмбриона, то в принципе мы уже должны испытывать этот процесс и в зрелом возрасте! Поэтому учёные ныне заняты поисками путей превращения «культи» у человека в бластему!

Первые результаты поисков

Американские учёные решили сосредоточиться не на исследовании «культи» у саламандр, которая возникает естественным путём, а заняться изучением простых ран в результате иссечения тканей на одной стороне конечности земноводного. Идея этого подхода заключалась в том, что раны, нанесённые на боковой стороне лапы и вылеченные регенерацией кожного покрова, будут подобны ранам у ампутированных млекопитающих, не способных к регенерации. Если бы американцы могли «вырастить» целую конечность у них, задача была бы решена.

После иссечения небольшого участка ткани на конечности саламандры эпидермальные клетки тут же ринулись к центру раны, покрыв её, как это они делали бы при полной ампутации конечности. Но если бы экспериментаторы отклонили нерв в сторону раны, фибробласты образовали бы бластему! Однако инициированная таким образом бластема не могла образовать новую конечность, но прояснила некоторые «тёмные» стороны процесса.

Формирование конечности

Поскольку мышцы и кости служат «наполнителями» регенерированной конечности, возник вопрос, откуда они черпают эти «наполнители» и каков механизм их правильного формирования на месте «культи»?

В первом приближении ответ на этот вопрос был найден с помощью микроскопа. Как оказалось, ткани «культи» саламандры, в особенности мышечные, дают толчок к размножению клеток, формирующих бластему! Фибробласты, входящие, в бластему и становящиеся примитивными бластемальными клетками, обретают способность дифференцироваться в скелетные ткани (кости и хрящи), а также образуют фибропласты, формирующие промежуточное вещество новой конечности.

Регенерация у человека?

Одним из наиболее ободряющих признаков способности человека к регенерации конечностей служит твёрдо установленный факт самообновления кончиков пальцев на руках! Это открытие было сделано у малолетних детей 30 лет назад, но затем повторилось у подростков и даже у взрослых людей. Имеются в виду случаи самовосстановления отпечатков пальцев, тактильные ощущения на их кончиках и регенерация контуров рисунков на ладонях. Подтверждения этих фактов тысячи раз появлялись в медицинских журналах. В недавние времена способность к регенерации выявлена и у мышей.