Poprvé bylo prokázáno, že dospělým žábám znovu dorostou amputované nohy, což znamená průlom v regeneraci orgánů.
Regenerace znamená znovuvypěstování poškozené nebo chybějící části orgánu ze zbytkové tkáně. Dospělí lidé dokáží úspěšně regenerovat některé orgány, jako jsou játra a zejména kůže, která se pravidelně obnovuje a opravuje, ale bohužel lidské tkáně většiny orgánů nemají schopnost regenerace. Oblast regenerativní medicíny se zaměřuje na nalezení způsobů, jak znovu spustit regeneraci tkání v našem těle. Ideálním řešením by bylo spustit důležité dráhy, které mohou obnovit tkáň, například končetinu, z jejích vlastních buněk. Není to však přímočarý případ, protože vědci se stále snaží pochopit nuance regenerace tkání.
Ve studii publikované v časopise Cell Reports se vědci z Tuft University v USA zaměřili na pochopení schopnosti regenerace tkání a toho, jak buňky spolupracují a tvoří trojrozměrný orgán . Rozhodli se reprodukovat růst tkání u zvířete, které se normálně neregeneruje, a vybrali si obojživelníka – dospělou vodní skokan obecný (Xenopus laevis) – běžně používané laboratorní zvíře ve výzkumu. Obojživelníci mají velmi omezenou schopnost obnovy tkání, podobně jako lidé. Vědcům se podařilo navrhnout zařízení, které znovu spouští tvorbu tkání v místě amputace a umožňuje částečně regenerovat zadní končetinu u dospělého skokana obecného (Xenopus laevis).
Znovu rostoucí amputované končetiny
Nejprve byl z křemíku vytištěn 3D nositelný bioreaktor, který byl naplněn hydrogelem. Následně byly na tento hydrogelový polymer umístěny hydratační hedvábné proteiny, o nichž je známo, že podporují hojení a regeneraci. Byl přidán hormon progesteron – neurosteroid – o kterém je obecně známo, že se podílí na menstruaci, těhotenství a kojení. Progesteron se také podílí na podpoře opravy nervových cév a dalších tkání. Žáby byly rozděleny do experimentální, kontrolní a kontrolní skupiny. V kontrolní a kontrolní skupině bylo bioreaktorové zařízení přišito žabám ihned po amputaci končetiny. V experimentální skupině byl progesteron uvolňován bioreaktorem na místo amputace. Zařízení byla po 24 hodinách odstraněna. Žáby byly poté rutinně pozorovány po dobu několika měsíců. Žáby v kontrolní a kontrolní skupině vyvinuly v místě amputace tenký chrupavčitý hrot, což je normální, když regenerace tkáně postupuje bez pomoci. Pouze u žab v experimentální skupině bylo pozorováno, že bioreaktorové zařízení spustilo větší regeneraci končetin a žáby si znovu vytvořily strukturovanější pádlovitý výběžek blízko téměř plně vytvořené končetiny. To svědčilo o podpořené regeneraci tkání. Viditelný rozdíl byl patrný již během několika týdnů, což naznačuje, že bioreaktor vytvořil kolem rány podpůrné prostředí , které umožnilo růst tkáně – podobně jako by rostly tkáně v embryu uvnitř dělohy. Pouhé krátké podání progesteronu z bioreaktoru (umístěného pouze na 24 hodin) spustilo růst měkkých tkání a kostí v průběhu několika měsíců. Histologická analýza a molekulární vyšetření regenerovaných struktur ukázaly, že tyto končetiny byly silnější a měly vyvinutější kosti, inervaci a vaskularizaci. Zvířata léčená progesteronem byla také aktivnější než kontrolní a kontrolní skupiny.
Růst končetin se zastavil asi po šesti měsících, ale vedlo k podrůstání typického růstu prstů na rukou a nohou. Znovu dorostlé končetiny měly dobrý objem a hustotu kostí, hlavní krevní cévy, dobře nastavené nervy a tyto žáby mohly dokonce plavat podobně, jako by normální neamputované žáby používaly své původní končetiny. Sekvenování RNA a analýza transkriptomu ukázaly, že genová exprese v buňkách v místě amputace byla modifikována bioreaktorem. Takže geny související s oxidačním stresem a aktivitou bílých krvinek byly aktivní (upregulované) a některé další byly downregulované. Zjizvení a imunitní reakce byly také sníženy, což umožnilo pokračovat v regeneraci oslabením přirozené reakce těla na zranění, které by jinak bránilo regeneračnímu procesu.
Budoucnost
Tato studie je založena na logice definování startovacího nebo spouštěcího programu, který by vedl k dlouhodobému růstu. Lze to nazvat jako nový model buněčné stimulace. Dřívější studie ukázaly, že myši mohou za normálních okolností částečně regenerovat amputované konečky prstů, ale protože nejsou vodní a není zde voda, která by je chránila, na rozdíl od obojživelníků nebyl proces u myší účinný, protože citlivé regenerované buňky byly znovu vystaveny tvrdým povrchům a znovu. Regenerační přístup u obratlovců by měl být aplikovatelný na savce i na lidský organismus a možná velmi brzy v budoucnu bychom mohli regenerovat komplexní orgány, které by bylo možné použít k transplantaci orgánů nebo k jakýmkoliv zraněním, možná i rakovině.
***
Zdroje)
Herrera-Rincon C a kol. 2018. Krátkodobá lokální aplikace progesteronu prostřednictvím nositelného bioreaktoru indukuje dlouhodobou regenerační reakci u dospělých Xenopusů na zadních končetinách. Cell Reports . 25(6). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.010
***
