Az elveszett láb NZZ visszanövése
A szalamandra rövid idő alatt helyreállíthatja az amputált lábat. Új eredmények szerint sokat tanulhatunk az egerektől is. Lehetséges, hogy egy bizonyos potenciál szunnyad az emberekben.
A mexikói szalamandra axolotl öt hét alatt képes egy teljes lábat regenerálni. (Kép: Drezdai Regeneratív Terápiák Központja/PD)
A kétéltűek a mesterei a regenerációnak. A szalamandra és a gólya teljesen funkcionálisan képes újratanítani az egész lábakat, karokat, sőt néha a belső szerveket is. A kutatók évszázadok óta kíváncsiak arra, hogy mi történik másképp ezen állatok gyógyulási folyamatában, mint nálunk; és mindenekelőtt, hogy visszavonhatatlanul elvesztettük-e ezt a képességünket az evolúció során, vagy van-e még bennünk egy bizonyos szunnyadó lehetőség. Egyre több bizonyíték van arra, hogy ez utóbbi igaz. Néhány hónappal ezelőtt például megjelent egy tanulmány, amely azt mutatja, hogy az afrikai gerinces egerek (Acomys) a kétéltűekhez hasonló regenerációs folyamatokat indítanak el. Ez azt jelenti, hogy a molekuláris jelátviteli utak a magasabb gerinceseknél is jelen vannak.
A szalamandra rövid idő alatt helyreállíthatja az amputált lábat. Új eredmények szerint sokat tanulhatunk az egerektől is. Lehetséges, hogy egy bizonyos potenciál szunnyad az emberekben.
A mexikói szalamandra axolotl öt hét alatt képes egy teljes lábat regenerálni. (Kép: Drezdai Regeneratív Terápiák Központja/PD)
A kétéltűek a mesterei a regenerációnak. A szalamandra és a gólya teljesen funkcionálisan képes újratanítani az egész lábakat, karokat, sőt néha a belső szerveket is. A kutatók évszázadok óta kíváncsiak arra, hogy mi történik másképp ezen állatok gyógyulási folyamatában, mint nálunk; és mindenekelőtt, hogy visszavonhatatlanul elvesztettük-e ezt a képességünket az evolúció során, vagy van-e még bennünk bizonyos szunnyadó lehetőség. Egyre több bizonyíték van arra, hogy ez utóbbi igaz. Néhány hónappal ezelőtt például megjelent egy tanulmány, amely azt mutatja, hogy az afrikai tüskés egerek (Acomys) a kétéltűekhez hasonló regenerációs folyamatokat indítanak el. Ez azt jelenti, hogy a molekuláris jelátviteli utak a magasabb gerinceseknél is jelen vannak.
Új bőr egerekben
Az afrikai tüskés egerek, akárcsak a gyíkok, akik a farkukat elvesztik, hogy összezavarják az üldözőt, hátukról levágják a bőrt, hogy elkerüljék a támadót. Annak érdekében, hogy egy ilyen taktika hosszú távon ne legyen hátrány, az elveszett bőrnek a lehető leggyorsabban és teljesebben vissza kell nőnie a hajjal. Ez már az emlősök sajátossága, mert azok a szőrtüszők, amelyekben a haj nő és lehorgonyzott, károsodás után ritkán állnak helyre. Ashley Seifert a Floridai Egyetemről és munkatársai ezt a képességet akarták megvizsgálni az afrikai tüskés egér két fajánál - úgynevezett sörtés hajuk miatt. Amikor az állatokat Kenya vadonában fogták el, sokan közülük elhullatták a bőrüket. Az így keletkezett sebek részben kiterjedtek voltak, és a hátuk feléig eltakarták.
Az állatok 80 százalékában azonban a sebet három nap elteltével egy hámréteggel, egy vékony hámréteggel zártuk le. Néhány hét múlva rugalmas, heg nélküli bőr képződik. A szőrtüszők megújulásához molekuláris jelátviteli utak aktiválódtak, amelyeket ezek a struktúrák az embrionális fejlődés során is kialakítanak. Az Acomys regenerációs képességének további tesztelése érdekében a kutatók négy milliméteres lyukat ütöttek az egerek fülébe, és összehasonlították a gyógyulási folyamatot a házi egerekével. Utóbbiak nem tudták teljesen lezárni a lyukakat, és többnyire hegszövet képződött. A tüskés egerek azonban gyorsan kitöltötték a lyukat az ott található szövetekkel: felső bőr (epidermisz), dermis, porc és zsírszövet, csak az izmok hiányoztak.
A regenerációs folyamat hasonló volt a kétéltűekéhez: az epidermális sejtek gyorsan eltakarták a sebet, egy zóna alatt gyorsan osztódó sejtek alakultak ki, és kollagénszálakból álló kötőszövet alakult ki, hasonlóan az egészséges bőréhez. A házi egerekben viszont a seb epidermisz és az alatta lévő sejtek közötti kapcsolatot egy bazális membrán hamarosan megszakította, és a hegszövet típusú kollagén rostok többsége kialakult. Ez az emlősökre jellemző, és az embereknél is előfordul: a sebek hegesedéssel gyógyulnak. A szövet utána kevésbé rugalmas, hiányoznak a haj és a verejtékmirigyek.
A tüskés egerekben gyorsan osztódó sejtekkel rendelkező zóna hasonló volt az úgynevezett blasztémához. Kétéltűeknél ez a régió közvetlenül az epidermisz alatt keletkezik, és elengedhetetlen a regenerációhoz. Gyorsan osztódó sejteket is tartalmaz, amelyek kevésbé specializáltak, mint a felnőtt sejtek, és amelyek fejlesztésspecifikus fehérjéket termelnek. A blastema sejtek újjáépítik az egész hiányzó végtagot.
A tudósok régóta feltételezték, hogy a blastema sejtek egységes sejtcsoportot alkotnak, amelyek az őssejtekhez hasonlóan pluripotensek és sokféle sejttípusgá fejlődhetnek. Néhány évvel ezelőtt azonban Elly Tanaka, a Drezdai Regeneratív Terápiák Központjának vezetői kimutatták, hogy a blastema sejtek különböző típusú szövetekből képződnek, és korlátozott fejlődési potenciállal rendelkeznek.
A kutatók a vízben élő és a szalamandrákkal rokon mexikói szalamandra, az axolotl regenerációját vizsgálták. Mindegyik különálló sejttípust festett az állatok karjában. Ezután amputáltak egy rövid darabot, és megfigyelték, hogy melyik sejttípusok jöttek létre újonnan a megjelölt sejtekből (lásd a grafikát). Kimutatták, hogy az izomsejtek csak izmokat képeznek, a Schwann-sejtek csak az idegeket burkolják, a Schwann-sejtek, az epidermális sejtek pedig csak az epidermist. Csak a porcsejtek és a dermális sejtek voltak kevésbé korlátozottak, és mind porcot, mind dermist termeltek. Lehetséges, hogy a blastema sejtek korlátozott fejlődési potenciállal rendelkező szövetspecifikus őssejtek.
Még akkor is, ha a blastema sejtek nem válnak embrionális állapotba, valami történik velük, ami beindítja az embrionális folyamatokat, így új végtag keletkezik. Ez újraaktiválja azokat a molekuláris jelátviteli utakat, amelyek egyébként csak az embrionális fejlődés során aktívak - ezt az utóbbi években különféle kétéltű vizsgálatok bizonyították.
Az immunrendszer mint akadály
Az egyik legalapvetőbb kérdés, amelyet a kutatók feltesznek, az az, hogy az embrió jelátviteli utak miért nem aktiválódnak újra emberben egy sérülés után. Seifert szerint csak azt lehet mondani: "Nem tudjuk". Az emlősök hegesedéssel gyógyították a sérüléseket. A kétéltűekhez képest ez hátránynak tűnik. De ennek valószínűleg oka van.
Az egyik hipotézis szerint a regeneráció képessége elveszett a jobb immunrendszer javára. Az érvelés azon a megfigyelésen alapul, hogy a regenerálódás képessége csökken az immunrendszer növekvő fejlődésével. Ez mind az emlősöknél előfordul, amelyek embrióként gyengén fejlett immunrendszerrel rendelkeznek, és hegek nélkül regenerálják a bőrsérüléseket ez idő alatt, mind a békáknál, amelyek végtagjaikat lárva stádiumban teljesen helyreállítják. Minél közelebb kerülnek a metamorfózishoz, annál kevésbé fejeződik be a regeneráció, és a békaszakaszban teljesen leáll. Ugyanakkor az immunrendszer fejleszti azt a képességet, hogy megkülönböztesse az idegen sejteket a test saját sejtjeitől, és célzottan küzdjön az idegen sejtekkel. A szalamandráknak és a gólyáknak hiányzik a felsőbb gerincesek ezen specifikus immunválasza.
Az Indiana Egyetem Anthony Mescher több éve tanulmányozza az immunrendszer hipotézisét. Gyanítja, hogy a specifikus immunrendszer a blastema sejteket idegennek minősíti. Mielőtt ezek kétéltűvé fejlődnének különböző sejttípusokká, modellfehérjéket termelnek. Ezeket használják az új végtag szerkezetének megszervezésére, és a sejtek tájékoztatására, hogy hol vannak és mit kell tenniük ezen a ponton. A modellfehérjék egyébként csak akkor termelődnek az embrionális fejlődés során, ha a specifikus immunrendszer még nem fejlődött ki - mondja Mescher. Lehetséges, hogy az immunsejtek elpusztították azokat a sejteket, amelyek felületén ezek a fehérjék voltak. A hipotézis spekulatív, de vannak bizonyítékok, amelyek alátámasztják. Ezért hangsúlyozza, hogy a regeneráció kutatóinak tanulmányaik során figyelembe kell venniük az immunrendszert.
Ez fontos lehet. A kutatók egyik elképzelése az, hogy szignálanyagokat használnak a kétéltűszerű regenerációs folyamatok megindításához az emberekben. Ken Muneoka, a New Orleans-i Tulane Egyetem munkatársainak sikerült ezt egerekkel megtenni. Az egerek és az emberi gyermekek regenerálhatják a levágott ujjhegyet, ha csak egy rövid darab hiányzik. Mivel kevés klinikailag leírt eset van a gyermekeknél, nem világos, hogy csak a lágy szövetek nőnek-e vissza, vagy, mint valódi regeneráció esetén, a csontok is.
Egerekben ez újonnan alakult ki; de különbözik a kétéltűektől. Igaz, hogy az egereknek robbanásszerű szerkezete is van, gyorsan osztódó sejtekkel, amelyek fejlesztésspecifikus fehérjéket termelnek. A csont azonban nem a porcszövetből épül fel, mint az embrionális fejlődésben, hanem a kötőszövet progenitor sejtjeiből. A kétéltűek regeneráló végtagjai viszont reprodukálják az egész embrionális fejlődést.
Más volt a helyzet az egereknél, amelyekben Muneoka csapata mesterségesen indukálta a regenerációt. A kutatók szignálfehérjéket (BMP2 vagy BMP7) használtak, amelyeket egy normálisan nem regenerálódó sebbe tettek az utolsó falan hátsó részén. A mesterségesen előidézett regeneráció ezután úgy folytatódott, mint a kétéltűeknél: a csont porcból alakult ki. A kutatók kimutatták, hogy egy emlős normál sebje növekedési faktor segítségével regeneratív sebekké alakítható.
Még hosszú út áll előttünk
A kiábrándulás azonban tavaly következett be, amikor a kutatók megpróbálták előidézni az utolsó előtti phalanx regenerálódását egerekben. Bár ez a BMP2-vel sikeres volt, csak az a falanx regenerálódott, amelyen az amputációt elvégezték. Hiányzott az utolsó link és a linkek közötti összekötő elem. A kutatók szerint a BMP2 helyspecifikus regenerációt indukál. Ez arra utal, hogy az emlőssejteknek is van „helyi memóriájuk” (lásd a keretet). A kétéltűektől eltérően azonban nem tudják használni a hiányzó végtagok teljes regenerálódásának megszervezésére. Csak azt a részt reprodukálják, amelyből származnak. Tehát az egyik még mindig messze van a kétéltű-szerű regenerálódástól.