Poprvé bylo prokázáno, že dospělým žábám znovu dorostou amputované nohy, což znamená průlom v regeneraci orgánů.
Regenerace znamená opětovné vypěstování poškozené nebo chybějící části orgán ze zbytkové tkáně. Dospělí lidé dokážou úspěšně regenerovat některé orgány, jako jsou játra a zejména kůže, která se pravidelně obnovuje a opravuje, ale bohužel většina lidských tkání orgány nemají schopnost regenerace. Obor regenerativní medicíny si klade za cíl najít způsoby, jak znovu spustit regeneraci tkání v našem těle. Ideálním řešením by bylo uvést do pohybu důležité dráhy, které dokážou obnovit tkáň, například končetinu, z jejích vlastních buněk, ale není to jednoduchý případ, protože vědci se stále snaží pochopit nuance regenerace tkání.
Ve studii publikované v Zprávy Cell, scientists from Tuft University USA aimed to understand tissue regeneration capacity and how cells cooperate and form a three-dimensional orgán. 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.
Znovu rostoucí amputované končetiny
Nejprve byl nositelný bioreaktor vytištěn ve 3D na křemíku a naplněn hydrogelem. Dále byly na tento hydrogelový polymer umístěny hydratační hedvábné proteiny, o kterých 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 krevních cév a jiné tkáně. Žáby byly rozděleny do experimentálních, kontrolních a falešných skupin. V kontrolních a falešných skupinách bylo žabám okamžitě po amputaci končetiny všito bioreaktorové zařízení. V experimentální skupině byl progesteron uvolňován bioreaktorem na místo amputace. Zařízení byla odstraněna po 24 hodinách. Žáby pak byly rutinně pozorovány několik měsíců. U žab v kontrolní a simulované skupině se vyvinul tenký chrupavčitý hrot v místě amputace, což je normální, když regenerace tkáně postupuje bez pomoci. Pouze u žab z experimentální skupiny bylo pozorováno, že bioreaktorové zařízení spustilo větší regeneraci končetiny a žábám znovu vyrostl strukturovanější lopatkovitý přívěsek blízko téměř plně vytvořené končetiny. To svědčilo o podpoře regenerace tkáně. Viditelný rozdíl byl patrný během několika týdnů, což naznačuje, že zařízení bioreaktoru vytvořilo podpůrné prostředí kolem rána aby tkáň mohla růst – podobně jako tkáně rostly v embryu uvnitř dělohy. Jen krátká dodávka progesteronu z bioreaktoru (umístěného pouze na 24 hodin) spustila růst měkkých tkání a kostí v průběhu několika měsíců. Na základě histologické analýzy a molekulární kontroly regenerovaných struktur bylo zjištěno, že tyto končetiny byly silnější a měly vyvinutější kosti, inervaci a vaskularizaci. Zvířata léčená progesteronem byla také aktivnější než kontrolní a falešné 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.
***
{Původní výzkumný dokument si můžete přečíst kliknutím na odkaz DOI uvedený níže v seznamu citovaných zdrojů}
Zdroje)
Herrera-Rincon C a kol. 2018. Krátká lokální aplikace progesteronu prostřednictvím nositelného bioreaktoru indukuje dlouhodobou regenerační odezvu u dospělých Xenopus Hindlimb. Zprávy Cell. 25 (6). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.010
***
