Jeśli odetniesz nogę salamandrze, odrośnie. Ludzie jednak nie są w stanie sobie z tym poradzić. Przyczyny są dalekie od prostych i do pewnego stopnia wciąż są nieco tajemnicą.
„Naprawdę regenerujemy się naprawdę dobrze; na przykład nasz naskórek” - powiedział David Gardiner, profesor biologii rozwojowej i biologii komórkowej na University of California w Irvine, mówiąc o Live Science, odnosząc się do górnej warstwy skóry. „Nasza wyściółka jelitowa umożliwia regenerację drobnych części. Nie regenerujemy jednak tych bardziej złożonych struktur”.
Gardiner przez dziesięciolecia badał regenerację salamandry, szukając mechanizmu leżącego u podstaw supermocarstwa. Powiedział, że regeneracja ludzi jest prawdopodobnie nadal w przyszłości, ale nie za daleko - możliwe, że jeden z jego obecnych doktorantów lub badaczy z tytułem doktora ją złamie, a regeneracja kończyn będzie częścią zestawu narzędzi medycznych.
Jest tak, ponieważ teoretycznie odrodzenie ludzkiej kończyny powinno być możliwe. Na przykład w skórze, jeśli nacięcia nie są głębokie, blizny nie wystąpią z powodu procesu gojenia, który regeneruje komórki skóry. Możliwe jest również, aby ludzie zregenerowali same czubki palców, jeśli komórki pod paznokciami są nadal nienaruszone. Kości połączą się, jeśli ponownie połączysz elementy, powiedzmy, śrubą lub gipsem. Wątróbki ludzkie mogą również rosnąć, aby wypełnić przestrzeń i odbudować część uszkodzonej struktury.
Rosnąca cała kończyna
Ale regeneracja kończyn (tak jak salamandry) to coś więcej niż tylko wymiana tkanki. Aby kończyna mogła się zregenerować, potrzebujesz kości, mięśni, naczyń krwionośnych i nerwów. Istnieją dorosłe komórki macierzyste, rodzaj niezróżnicowanych komórek, które mogą się wyspecjalizować, które regenerują mięśnie, ale nie wydają się aktywować. „Możesz zregenerować naczynia krwionośne, a nawet nerwy” - powiedział Gardiner. „Ale całe ramię nie może.”
Stéphane Roy, dyrektor laboratorium regeneracji tkanek kręgowców na uniwersytecie w Montrealu, zauważył, że skóra, wątroba i kość nie regenerują się w tym samym sensie, co robią to salamandry.
„Ludzie mogą zastąpić jedynie powierzchowną warstwę skóry (która jest w rzeczywistości ciągłym procesem określanym jako homeostaza)”, powiedział w e-mailu. „Większość pyłu w domu to martwe komórki skóry, które utraciliśmy”.
„Wątroba jest również zupełnie inna niż regeneracja kończyn u salamandrów” - powiedział Roy. „Regeneracja wątroby jest tak naprawdę przerostem kompensacyjnym, co oznacza, że to, co pozostanie, powiększy się, aby zrekompensować to, co utracone”. Zatem tkanka wątroby, która tam jest, powiększy się, ale jeśli cała wątroba zostanie utracona, nie będzie mogła się zregenerować.
„To, co zostało utracone, nie odrodzi się, a zatem nie można ponownie amputować wątroby, w przeciwieństwie do kończyn w salamandrze, które można amputować wiele razy i za każdym razem regeneruje się nowa kończyna”.
Ludzie mają zdolność do regeneracji
Gardiner powiedział jednak, że ludzie budują w macicy całe układy narządów; z niektórych informacji genetycznych zarodek ludzki przekształca się w kompletną osobę w ciągu dziewięciu miesięcy. Tak więc zdolność do odradzania jest ograniczona, a to ma sens ewolucyjny - ludzie muszą leczyć, powiedział.
Co więcej, leżąca u podstaw maszyneria genetyczna u człowieka i salamandry nie różni się tak bardzo, mimo że nasz ostatni wspólny przodek rozdzielił się w okresie dewonu, około 360 milionów lat temu. „Nie ma specjalnych genów do regeneracji” - powiedział Gardiner. „Są takie kroki, przez które przechodzą i co najmniej jeden z nich nie działa u ludzi”.
Aby odrosnąć kończynę, komórki muszą wiedzieć, gdzie się znajdują - czy znajdują się na samym końcu kończyny za palcami, czy też są w stawie łokciowym? - i muszą budować właściwe struktury we właściwej kolejności. Gardiner powiedział, że salamandry mają pewne geny, które są „wyłączone” u ludzi. Być może te geny umożliwiają regenerację, a przynajmniej pomagają kontrolować proces. Coś w ewolucyjnej przeszłości człowieka zostało wybrane przeciwko ekspresji tych genów, tak jak robią to salamandry. Powiedział, że nikt nie wie, co to było.
W 2013 r. Australijski naukowiec James Godwin z Uniwersytetu Monash mógł rozwiązać część tej zagadki. Odkrył, że komórki, zwane makrofagami, wydają się zapobiegać gromadzeniu się blizny w salamandrach. Makrofagi występują u innych zwierząt, w tym u ludzi, i są częścią układu odpornościowego. Ich zadaniem jest zatrzymanie infekcji i wywołanie stanu zapalnego, co jest sygnałem dla reszty ciała, że konieczna jest naprawa. Salamandry pozbawione makrofagów nie regenerowały kończyn i zamiast tego tworzyły blizny.
Gardiner powiedział, że praca Godwina była krokiem w kierunku zrozumienia regeneracji kończyn. Zwykle salamandry wcale nie rozwijają blizny. Kiedy człowiek rozdziera mięsień lub dostatecznie głęboko przecina, uszkadzając tkankę łączną, tworzy się blizna. Ta blizna nie oferuje takiej samej funkcjonalności jak oryginalne rzeczy.
„Gdybym mógł nakłonić salamandrę do blizn, byłoby to naprawdę coś” - powiedział Gardiner, ponieważ rzuciłoby to światło na mechanizm uniemożliwiający ludziom odrodzenie kończyny lub narządu. Makrofagi mogą być częścią historii, ale nie całą.
Regeneracja neuronów i kończyn
Zdolność do „pozostania młodym” może dać kolejny wgląd w tajemnicę regeneracji kończyn. Salamandry meksykańskie, zwane aksolotlami lub Ambystoma Meksykanin, są neoteniczne, co oznacza, że zachowują młodzieńcze cechy w wieku dorosłym. Właśnie dlatego aksolotle zachowują skrzela w miarę dojrzewania, podczas gdy inne gatunki salamandry nie.
Ludzie również mają neotenię, dlatego dorośli wyglądają bardziej jak nasze małe dzieci niż inne naczelne i dlatego dojrzewanie trwa dłużej niż, powiedzmy, szympansy. Być może istnieje związek z neotenią i regeneracją. Gardiner zauważa, że młodsi ludzie wydają się lepiej uzdrawiać niż starsi.
Ponadto naukowcy z Harvard Medical School odkryli, że gen o nazwie Lin28a, który jest aktywny u niedojrzałych zwierząt (i ludzi), ale wyłącza się z dojrzałością, pomaga myszom w regeneracji tkanek - a przynajmniej w odradzaniu końcówek ich palce uszu i uszu. Kiedy zwierzęta miały więcej niż 5 tygodni, nie były w stanie odrosnąć tych części, nawet gdy stymulowano funkcję Lin28a. Lin28a jest częścią systemu kontroli metabolizmu zwierzęcia - po stymulacji może powodować, że zwierzę generuje więcej energii, jakby było młodsze.
Ale dokładna natura połączenia nie jest jeszcze zrozumiała. Podczas gdy wszystkie salamandry mogą regenerować kończyny, tylko aksolotle są neoteniczne, zauważył Roy.
Salamandry, zwłaszcza aksolotle, mogą rekrutować komórki macierzyste do rozpoczynania odrastania kończyn, a rodzaje komórek reagujących na miejsce rany również wydają się mieć związek z tym, czy kończyny mogą odrosnąć. Gardiner był w stanie zmusić salamandry do wyhodowania dodatkowych kończyn poprzez stymulację wzrostu komórek nerwowych w miejscu rany.
„Może to mieć związek z silną odpowiedzią immunologiczną lub specyficznym uwalnianiem niektórych czynników wzrostu lub ich kombinacji. Może to częściowo wynikać z biofizyki: kończyny salamandry są znacznie mniejsze niż ludzie; jednak żaby nie mogą regenerować swoich kończyny, więc może to nie być tylko kwestia wielkości - powiedział Roy.
Ta tajemnica pozostaje jedna - przynajmniej na razie.
Oryginalny artykuł o Live Science.
