Сходство с земноводными: биологи изучили регенерацию конечностей у человека

Микрофотография: через пять недель после ампутации кончика пальца мышиный организм отращивает его заново
(фото Ito labs).

Способность человека к восстановлению целой части тела — это явление из области научной фантастики. Как правило, даже глубокие шрамы остаются на всю жизнь, не говоря уже об ампутированных конечностях. Однако 40 лет назад учёные столкнулись с феноменальным явлением: они заметили, что отрезанные кончики пальцев человека или любого другого млекопитающего способны отрасти заново, если ноготь остался цел хотя бы частично.

Сегодня биологи решили разобраться в этой функции организма. Команда исследователей во главе с Маюми Ито (Mayumi Ito) из Нью-Йоркского университета выявила популяцию стволовых клеток под ногтями, которые ответственны за регенерацию тканей кончиков пальцев. Клетки будут работать, только если основной ногтевой эпителий (слой ткани, расположенный прямо под ногтевой пластиной) остался невредимым.

"Я была поражена нашим сходством с амфибиями, которые также проявляют способность к регенерации конечностей. Это означает, что мы сохранили механизмы восстановления ещё с очень ранних периодов истории развития живых организмов", — говорит Ито.

Учёные использовали технологию маркирования групп клеток: дочерние клетки, произведённые стволовыми, были помечены синим флуоресцентным белком. Благодаря такому подходу, Ито и её коллега Макото Такэо (Makoto Takeo) выяснили, что стволовые клетки, расположенные под ногтевой пластиной, изначально ответственны за рост самих ногтей в течение всей жизни. Клетки активизируются после сигнала белков группы Wnt. Если же процесс передачи сигнала от белка к клетке нарушен, то животное не сможет отрастить палец.

Учёные провели эксперимент на мышах: грызунам ампутировали крошечный кончик пальца на задней лапке и проследили за дальнейшими процессами. Белок Wnt активизировался в эпителии под оставшейся ногтевой пластиной и заставлял нервы разрастаться в повреждённой области. Их импульсы помогали белку FGF2 провоцировать рост мезенхимальных клеток, которые восстанавливали костную и мышечную ткани, а также ткани сухожилия. Всего через пять недель пальцы мышей были как новенькие.

Стоит отдельно отметить, что, если отрезано слишком много ткани и эпителий необратимо повреждён, восстановления не произойдёт, поскольку белки Wnt не смогут активизироваться.

Конечно же, подобные эксперименты на людях не проводились. Но медики и биологи уже не раз замечали, что механизм восстановления кончиков пальцев у нас такой же, как и у остальных млекопитающих. Гораздо более удивительно то, что у нас есть нечто общее с земноводными: наши ногти напоминают нам о том, что когда-то очень давно мы были очень похожи друг на друга.

"Это исследование поможет нам не только разобраться в нашем прошлом, но и заглянуть в недалёкое будущее и выяснить, какие способности к регенерации будет проявлять человек в дальнейшем", — считает молекулярный биолог Кен Мунеока (Ken Muneoka) из Тулейнского университета Луизианы.

Стоит отметить, что другие учёные всё же сомневаются в некоторых аспектах, о которых рассказывается в исследовании, проведённом Ито. Эшли Сайферт (Ashley Seifert), эксперт в области регенерации из университета Кентукки, говорит: "Я не уверен в справедливости проведения параллели между амфибиями и млекопитающими. Земноводные способны восстановить конечность, как глубоко бы она ни была ампутирована. К тому же, ногтей у них нет совсем. Думаю, млекопитающие обрели эту способность в ходе самостоятельной эволюции". Он также добавил, что наверняка существуют ещё какие-то факторы, влияющие на процесс регенерации пальцев, помимо сигнального пути белков Wnt: "Если белок активизировать искусственно при слишком глубокой ампутации, восстановления тканей всё равно не произойдёт, даже частичного".

Это интересное явление требует дальнейшего углублённого исследования, но работа Ито и её коллег стала первым шагом на пути к изучению механизмов восстановления тканей у млекопитающих. С подробными результатами исследования можно ознакомиться в журнале Nature, где Ито и её команда опубликовали свою статью.

Также по теме:
Американцы открыли уникальный механизм восстановления кожи человека
У африканских мышей обнаружена способность к сбрасыванию кожи
Японская улитка отбрасывает ногу для спасения от хищников
Глубоководные кальмары отвлекают хищника отброшенными конечностями
Врачи учатся у пауков "латать" организм

Сегодня