Исследователи успешно отрастили конечности у лягушек. Они хотят сделать то же самое с людьми

Коктейль из лекарств показал себя многообещающим в восстановлении потерянных конечностей.

У большинства животных довольно хорошие способности к восстановлению после травм, но когда дело доходит до потери конечностей, лишь немногие избранные могут отрастить их заново. Остальные, включая людей, мало что могут сделать для восстановления после таких травм. Но, как показывает новое исследование, при правильном лечении наши тела можно взломать и «убедить» отрастить утраченные конечности. Хотя исследование было сосредоточено на лягушках, которые, очевидно, сильно отличаются от людей, работа также предполагает, что этот подход может работать на многих животных, включая людей.

Многие вещи отличают людей от лягушек, но ни мы, ни они не способны регенерировать конечности. Поэтому исследователи из Университета Тафтса и Института Висса Гарвардского университета использовали лягушек (в частности, африканскую шпорцевую лягушку или Xenopus laevis). X. laevis часто используется в исследованиях, поскольку с ней легко обращаться, она откладывает яйца в течение всего года и, что касается модельного организма, они имеют тесные эволюционные связи с людьми.

Исследователи вызвали отрастание потерянной лапки с помощью коктейля из пяти лекарств, который они применили в носимом куполе силиконового биореактора, который запечатывал лекарства над культей всего на 24 часа. После проведения лечения начался регенеративный процесс, и в течение 18 месяцев у лягушек отросла почти полностью функциональная нога.

«Приятно видеть, что препараты, которые мы выбрали, помогли создать почти полную конечность», — сказал первый автор статьи Нироша Муруган. «Тот факт, что для запуска многомесячного процесса регенерации требовалось лишь кратковременное воздействие препарата, предполагает, что лягушки и, возможно, другие животные могут иметь дремлющие регенеративные способности, которые можно привести в действие».

Эксперимент был повторен на десятках лягушек, и, хотя не у всех из них отросли конечности, у большинства это произошло, включая костную ткань и даже пальцеобразные структуры на концах конечностей. Это не волшебный эликсир, и лечение не идеально, но лекарственный коктейль, доставляемый через переносной биореактор, действительно способен отращивать конечности.

Исследователи, по сути, взломали биологические пути, которые обеспечивают рост и организацию тканей — так же, как в эмбрионе. Вот почему лечение применялось только один раз в течение дня, между тем, другие подходы предполагают многочисленные вмешательства в ходе процесса.

«Удивительная сложность функциональных конечностей предполагает, что самый быстрый путь к этой цели может лежать в запуске нативных, самоограничивающихся модулей органогенеза, а не в постоянном микроуправлении длительным процессом на клеточном и молекулярном уровнях», — пишут исследователи в работе. «Мы реализовали это путем кратковременного воздействия на ампутированные раны конечностей переносного биореактора, содержащего полезную нагрузку из пяти избранных биохимических факторов».

Первый этап — формирование массы стволовых клеток на конце культи, которая затем использовалась для постепенной реконструкции конечности. Крайне важно, чтобы эта структура была закрыта куполом как можно быстрее после ампутации, чтобы обеспечить ее защиту и активацию. Это лечение было бы идеально применено сразу после ампутации.

«Использование колпачка BioDome в течение первых 24 часов помогает имитировать среду, подобную амниотической, что, наряду с правильными препаратами, позволяет протекать процессу восстановления без вмешательства рубцовой ткани», — сказал профессор инженерных наук и соавтор исследования Дэвид Каплан. 

Сначала исследователи пытались использовать защитный купол с одним препаратом, прогестероном. Прогестерон представляет собой стероидный гормон, участвующий в менструальном цикле, беременности и эмбриогенезе человека и других видов. Это само по себе вызвало некоторый рост конечностей, но получившаяся конечность была, по сути, нефункциональным шипом. Каждый из остальных четырех препаратов выполняет разные функции, начиная от уменьшения воспаления и остановки образования рубцовой ткани и заканчивая стимулированием роста новых нервов, кровеносных сосудов и мышц. Именно сочетание всего этого вместе приводит к почти функциональной конечности.

Исследователи отмечают, что, хотя конечности не были на 100% идентичны «нормальным», они имели пальцы, перепонки и детализированные скелетные и мышечные черты. В целом, результаты показывают успешный «запуск» регенеративных путей.

План теперь состоит в том, чтобы перейти к исследованиям млекопитающих. Несмотря на различия между лягушками и млекопитающими, исследователи говорят, что самая большая разница заключается в «ранних событиях заживления ран» — если эти ранние процессы можно понять и воспроизвести, то нет очевидной причины, по которой это нельзя было бы применить к млекопитающим и, в конечном счете, к людям.

«Цель запуска латентных процедур построения тканей для восстановления конечностей у людей может быть достигнута путем выявления и использования принципов, наблюдаемых в высокорегенеративных организмах», — заключают исследователи.

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances в январе этого года.