A kihívás
Yasuhide Furutának stabil kezekre van szüksége az egér embrióinak boncolásakor. A sápadt, kilenc napos csomók két milliméter nagyságúak. Rózsaszín folyadékkal töltött kis műanyag tálban úsznak. Furuta tálkával a kezében az irodai szék mikroszkópjához gördül.
A legtöbb tudóshoz hasonlóan a japán is lazán öltözött: genetikai motívum a pólóján és a farmerjén. Mindenki Yas-nak hívja. Yas - Dr. Furuta - a country-zenéről híres város, a tennessee-i Nashville-i Vanderbilt Egyetemen dolgozik. A távol-keleti biológus nyilvánvalóan nem alkalmazkodott a helyi zenei ízléshez. Klasszikus CD van az asztalán: Smetana.
Szeretném látni, ahogy a tudósok a szervképződést tanulmányozzák. Az embriók boncolása ennek a céhnek a mindennapi élet része. Yas olyan jelzőmolekulát keres, amely kiváltja egy bizonyos szerv kialakulását. Az elmúlt öt évben a tudósok találtak néhány ilyen jelátviteli molekulát. Most néhány amerikai vállalat megpróbálja készpénzre váltani a felfedezéseket. E mögött egy lélegzetelállító ötlet áll: ha ezek a fehérjék képesek szabályozni az embrióban a szervek képződését - miért ne a felnőtteknél? Miért ne lehetne az elveszett vagy sérült szöveteket újratermelni - bőrtől kézig - egy életen át?
Yas óvatosan a mikroszkóp alá teszi az edényt. Ez az egyik eszköz, amelyet egyszerre két ember megnézhet. Az embriókat U alakra hajlítják. Látom a fejet, a törzset és a végtagokat. "Hamarosan meghaltak volna, még az anyaméhben" - mondja Yas. Hiányzik a gén, amely a létfontosságú növekedési faktort, a BMP4-et (csontmorfogén fehérje 4) termeli. Yas meg akarja tudni, hogy a BMP4 az a jelző molekula, amely szabályozza a szemlencse kialakulását.
Finom acél tű segítségével sorakoztatta az embriókat egymás mellett. Aztán levágja az első fejét és felezi a szövetet. Hihetetlen precíziós munkában a BMP4-gyel átitatott apró labdát az egyik fél fejlődő szemébe helyezi. Ezután mindkét darabot táptalajra helyezi, ahol tovább nőnek. A BMP4-tel csak a fele néhány nappal később kezdi el alkotni az egyik lencsét, a másik nem. Nem, egyetlen szem sem bámul ki a Petri-csészéből. De a mikroszkóp alatt a lencse üveggyöngynek tekinthető.
Yas főnöke, Brigid Hogan brit professzor tapasztalt fejlődésbiológus és a BMP jelátviteli molekulák szakértője. Nem hiszi, hogy az emberi lencsék hamarosan regenerálódnak: „Erre nincs pénz. Végül is elég jól lehet élni szemüveggel vagy kontaktlencsével. ”A meggazdagodáshoz Yas-nak egy másik jelzőmolekulát kellett volna választania, például BMP2 vagy BMP7. Ez a kettő serkentheti a csontképződést, és ez jövedelmező vállalkozás.
A massachusettsi Hopkinton kreatív biomolekulái forgalmazzák a BMP7-et, amelyet szabadalmi okokból Osteogenic Protein-1 (OP-1) néven emleget. A legtöbb jelzőmolekulához hasonlóan a BMP7-nek sem egyetlen feladata van az embrióban. Felelős a vesék kialakulásáért is. A csontváz építésénél biztosítja, hogy a bordák, az ujjak és a koponya megfelelő formát kapjon.
Segíthet-e a BMP7 felnőtteknél is új vesék növekedésében? Prof. Mark Charettnek, a Creative Biomolecules kutatási és fejlesztési igazgatójának ki kell csalódnom: „Sajnos ennek eddig nincsenek jelei. De a fehérje enyhíti a súlyos vesebetegségeket. ”A cég még nem próbál új bordákat vagy ujjakat növeszteni. Eddig a BMP7 állítólag csak a törött csontok gyógyulásában segít. Kollagénnel - ragasztószerű kötőszöveti anyaggal - együtt alkalmazzák a törési helyeken, és stimulálja a csont regenerálódását.
Az USA-ban már befejeződtek a klinikai vizsgálatok. A Creative Biomolecules partnercége, a Stryker hamarosan jóváhagyást kér. De nem csak ezek a vállalatok akarják a fejlődésbiológiai molekulákat felhasználni a csontok növesztéséhez. A massachusettsi Cambridge-i Genetikai Intézet ugyanarra a célra forgalmazza a BMP2-t. És egy harmadik cég, az Ontogeny, szintén Cambridge-ben, a sündisznó család fehérjéire támaszkodik („A sündisznók csecsemőt építenek”, 73. oldal). A világon sehol máshol nincsenek olyan sűrűn gyűltek a biológiai és orvosi technológiai vállalatok, mint itt Cambridge-ben és a szomszédos Bostonban.
Ott meglátogatom Prof. Cliff Tabin-t a Harvard Medical School-ban. Tabin egyike a sok sündisznó-kutatónak Ontogeny tudományos testületében. Bárki, aki a fejlődésbiológiában dolgozik itt, a Longwood Avenue-n, a klinikai alkalmazást közvetlenül a szeme előtt látja: kórházak mindenütt, orvosok és nővérek az utcán, akik még ebédre sem veszik le a ruhájukat.
"Meggyőződésem, hogy az embrionális fejlődésből származó jelzőmolekulák klinikailag felhasználhatók" - mondja dr. Andrea Vortkamp. A német Cliff Tabin laboratóriumában dolgozik, és az „indiai sündisznó” szakembere. „Megvizsgáltuk az egér embrióit a születés után, és megtaláltuk az indián sündisznó fehérjét a csontok növekedési zónáiban. Valószínűleg később lesz aktív, amíg a végtagok nőnek. Talán felhasználható a csontnövekedés befolyásolására. ”A németországi Boehringer Mannheim-szel együtt Ontogeny megpróbálja az indiai sündisznót a klinikára vinni, mint a nehezen gyógyuló csonttörések orvosságát. A klinikai vizsgálatok a tervek szerint a következő öt évben kezdődnek.
A Charles folyó túloldalán, Cambridge-ben más Sün kutatók is vannak, nem kórházi környezetben, hanem a Harvard Egyetem tiszteletre méltó campusán. Az Ontogeny szintén forgalmazza eredményeiket. Az egyik Andy McMahon, aki egyáltalán nem hasonlít a Harvard professzorára. A rendetlen hajú brit inkább edzőfelszerelést visel, és irodájában a falon versenyző kerékpár lóg.
"Megállapítottuk, hogy a hím egerek, amelyekből hiányzik a sivatagi sündisznófehérje, sterilek" - magyarázza. "A sivatagi sündisznó felelős a spermiumok kialakulásáért az embrióban, esetleg a felnőtt embernél is." Az Ontogeny ezért a jelzőmolekulát a meddőség elleni gyógyszerként kívánja kifejleszteni.
A harmadik sündisznófehérje, a "Sonic Hedgehog", amely az embrionális fejlődés szempontjából a legfontosabb, állítólag Parkinson-kórban regenerálja az idegsejteket, amelyek a hiányzó hírvivő anyagot, dopamint termelik. Az embrióban a Sonic Hedgehog stimulálja a megfelelő részek kialakulását az agyban. Doros Platika, az Ontogeny ügyvezető igazgatója elmagyarázza: "A Sonic Hedgehog olyan újszülött egerekben nőhet fel, amelyek nem rendelkeznek dopamintermelő idegsejtekkel." Engedje meg, hogy a stroke-os betegek új idegkapcsolatokat teremtsenek.
A Sonic Hedgehog és foltos receptormolekulája szintén részt vesz az embrió bőrképződésében. Interakciójuk még felnőtteknél is fontos - ha elveszítik egyensúlyukat, bőrrák alakul ki. Másrészt az Ontogeny megpróbál eszközt találni a jelmolekulákkal. És vannak más célok is: A Sonic Hedgehog és a Patched segítségével az Ontogeny kutatói megpróbálják bőrt növeszteni, például égési sérüléseken. Az ellenőrizetlen növekedés viszont rákhoz vezet.
Más vállalatok ezért az úgynevezett szövetmérnöki folyamatokra támaszkodnak. Tápláló oldatok és polimer állványok segítségével hagyták a sejteket megfelelő formává nőni. A fejlett szövettudományok a kaliforniai La Jollában mesterséges dermist próbálnak előállítani, a bőrt alkotó két réteg alsó részét. Például állítólag segít a diabéteszes lábfekélyek gyógyításában.
A szervogenezis Cambridge-ben már tovább halad. A vállalat jóváhagyja a műbőr forgalmazását, amely mindkét rétegből - epidermiszből és dermisből - áll. A szomszédos Genzyme Tissue Repair javítja a porcot a térdben. Kutatói porcsejteket vesznek el a pácienstől, szaporítják őket sejttenyészetben és visszafecskendezik őket. Az olyan orvosok, mint John Vacanti, a Bostoni Gyermekkórházban kísérleteznek a porcsejtek növekedésével a fül alakú polimer állványokon.
"Úgy gondolják, hogy a folyamatosan regenerálódó testrészeknek - bőrnek, vérnek, csontoknak vagy izmoknak - ilyen őssejtjei vannak" - magyarázza Melton. "Azonban eddig csak a vér őssejtjeit azonosították" - mondja. Vannak azonban arra utaló jelek, hogy az őssejtek sok más szervben is megtalálhatók - vagy olyan sejtekben, amelyek egész életükben megőrzik az őssejtszerű státuszt. Példa erre a máj.
Ha a máj egy része baleset vagy rákos műtét következtében elvész - ez akár kilencven százalék is lehet -, akkor a többi májsejt helyettesíti a veszteséget, amíg a szerv nem lesz nagyobb, mint korábban. Aztán abbahagyják a növekedést önmagukban. Ki vagy mi mondja meg a májsejteknek, amikor ez elegendő, még mindig rejtély a kutatók előtt. Valami köze lehet ahhoz a kötőszövethez, amely a májat egyes lebenyekké formálja, a keringési és idegrendszeri jelekkel együtt, növekedési faktorokkal és hormonokkal. Jürgen Niessing professzor, a Marburgi Egyetem szerint állatkísérletekkel már sikerült az egyes májsejteket átültetni ebbe a kötőszöveti struktúrába, amely aztán újra teljes májvá nőtt.
A Harvard Melton professzor jelenleg megpróbálja megtalálni az őssejteket a hasnyálmirigyben. Mi történik, ha ez sikerül? A laboratórium közelében, ahol Yas megnöveli az egerek szemeit, találok egy biológust, aki a hasnyálmirigy képződését tanulmányozza: a brit Chris Wrightot. Nyilván annyi munkája van vele, hogy egy ideig táborozik az irodában, amint az egy feltekert matracból kiderül.
"Ha megvannak az őssejtjei, kipróbálhatja rajtuk az embrionális fejlődésből származó jelzőmolekulákat" - magyarázza. Látható volt, hogy mely sejttípusokká különböztetik meg őket, és így például hasnyálmirigy-sejteket nyerhetnek az inzulin előállításához. De hogy egy napon a szervek háromdimenziós részei is képesek lesznek-e növekedni a laboratóriumban - megfelelő formával, ellátva-e az ereket -, ma még senki sem tudja. Az embrióban a szervek fejlődését még nem vizsgálták elég jól ehhez. „Most kezdjük megérteni, hogy mit csinálnak az egyes jelző molekulák. De még nem értjük a kölcsönhatásukat. "
De Wright optimista. „Az elmúlt 15 évben forradalom zajlott a fejlődésbiológiában. Akkor még senkinek sem volt fogalma az ilyen folyamatokat kiváltó génekről és molekulákról. Talán hasonló forradalom zajlik a tudásban a következő 15 évben, és a szervek regenerációja lehetséges lesz. "
Ennek már vannak megközelítései, megint a májjal. Természetes regenerálódási képességük mindeddig kudarcot vallott azokon a szerveken, amelyeket keresztül-kasul megmérgeztek, például krónikus alkoholfogyasztással. Az ilyen cirrhotikus májban a kötőszövet is megkeményedik és összezsugorodik. Önmagában a májsejtek transzplantációja ilyen környezetben nincs hatással, és elpusztulnak. De ha hozzáadod hozzájuk a megfelelő jelzőmolekulákat, akkor - legalábbis állatkísérletekben - hagyhatod, hogy a sejtek egyfajta második májokká növekedjenek.
Más tudósok teljesen más utakon járnak. Nem jelzőmolekulákat keresnek az egér embrióiban vagy az őssejteket az emberi szövetekben. "A regeneráció megértése érdekében meg kell kutatni azokat az állatokat, amelyek képesek regenerálódni: például a Newts-ot" - mondja Jeremy Brockes, a University College London professzora. Nem hiszi, hogy hamarosan lehetséges lesz az emberi karok vagy lábak regenerálása. „Ehhez a sejteknek komplex alakot kell alkotniuk különböző sejttípusokból - izmokból, csontokból, erekből, idegekből. Kérdéses, hogy ez valaha is sikerül-e. "
Brockes azokat a molekulákat keresi, amelyek a gólyákban szabályozzák a szívizomsejtek regenerálódását. "Ha kiderül, hogy a kétéltű sejtek osztódási képessége egyetlen molekuláris jelátviteli útvonalon alapszik, amelyet a magasabb élőlények blokkolnak, akkor megpróbálhatná újraaktiválni ezt a jelátviteli utat az emberekben, és ezáltal talán regenerálni a beteg szívizomot.
Eközben Yas nem túl sikeres az egerek szemlencséivel. Kísérletei kimutatták, hogy bár a BMP4 részt vesz a lencse kialakításában, valószínűleg nem ez a döntő molekula. A keresés folytatódik.
Farokviasz
"Ami az elveszett testrészek újratermelését illeti, az állatok bunglerek a növényekhez képest" - mondja Dieter Hess professzor, a Hohenheimi Egyetem Növényélettani Intézetének igazgatója. A növények szinte mindenütt osztható szövetekkel rendelkeznek. Ha egy vihar betör egy lucfenyő csúcsára, az alábbi ág hónaljrügyéből egy új hajtás nő ki, és új csúcsot képez. Ez fordítva is működik: az egyes részek újból alkotják a test többi részét. A kertészek egész dísznövényeket növesztenek szár- vagy levéldarabokból és új virágok az egyes orchidea sejtekből.
Az állatok között fiatal szakemberek is vannak: ha elválasztasz egy darabot gilisztától vagy néhány tengeri csillagtól, mindkét rész alkotja a hiányzó maradékot - egy féreg kettővé válik. Magasabb állatoknál a regeneráció csak egy irányban működik. A csótány újratermeli az elveszett lábát, és a gyík elhúzhatja a farkát, és újra kialakulhat veszélyben. A láb és a farok azonban már nem egészítik ki egymást, hogy új csótányt vagy gyíkot alkossanak.
"A szalamandra, a gőte és az axolotl a regeneráció bajnoka a magasabb rendű állatok között" - mondja Jeremy Brockes, a University College London professzora. Például a gólyák regenerálhatják a farkat, a lábakat, a lencsét, a retinát, az állkapcsot és még a szív egyes részeit is. A sejtek „tudják”, hol vannak a testen, és mivé kell válniuk. A bokánál amputált láb csak a lábat regenerálja, a térdét nem.
De miért veszítették el az emlősök ezt a csodálatos képességet? David Stocum, az amerikai Indianapolis-i professzor 30 éve keres választ. "Lehet, hogy a kar vagy láb puszta mérete és a benne lévő szövetek sokfélesége túlságosan megnehezíti a természetes regenerációt." A fejlődésbiológusok már nem akarják elfogadni ezt a gyengeséget a természetben.