Почему возможна регенерация
Все живые существа на Земле обладают различными уникальными возможностями: птицы видят магнитные линии и ультрафиолетовые лучи, бабочка способна уловить запах за километры, дельфины обладают проникающим взором. Однако зная, в каких непростых условиях может оказаться любое живое существо, природа каждого наделила способностью к регенерации.
Термин «регенерация» был предложен французским учёным Реомюром в 1712 году, изучавшим восстановление утраченных ног речного рака. Слово «регенерация» происходит от латинского «regeneratio», где «re» – приставка, означающая заново, а корень «gen» – род, рождение. В современной науке под регенерацией понимается процесс восстановления организмом утраченных или поврежденных тканей и органов или восстановление организма из какой-то его части, пишет
Почему же возможна регенерация?
Как известно, организм человека это сложное создание, которое состоит из бесчисленного количества клеток. И каждый вид клеток значительно отличается друг от друга. Несмотря на то, что все наше тело изначально появилось лишь из единственной оплодотворенной яйцеклетки, уже к моменту выхода из утробы матери различия в специализации клеток (дифференцировке) просто огромны.
Достаточно сравнить безъядерный эритроцит, нейрон с огромным аксоном, замурованные остеоциты костной ткани, клетки сетчатки с фоторецепторами или клетки многослойного ороговевающего эпителия кожи. Каждая из них посвящает свою жизнь выполнению какой-то определенной функции на благо общего дела. Однако где положительное, там и отрицательное: чем выше специализация клетки, тем ниже ее возможности по собственному воспроизведению. Поэтому регенерация осуществляется не за счет высокоспециализированных клеток.
Для этого у нас есть стволовые клетки и различные клетки предшественники, которые сейчас пользуются неослабевающим вниманием ученых. Они представляют собой неких прародителей всей остальной популяции. Из них и может сформироваться либо любая клетка, либо клетка определенной ткани. Это своеобразный резерв. Основная функция этих клеток - деление и последующая специализация в более сложные виды. Такие клетки разбросаны по всему организму, для того чтобы в случае необходимости быстро восполнить потери.
Регенерация у живых существ может проходить на органном, тканевом, клеточном и субклеточном уровне. Однако чем сложнее и организованней живое существо, тем ниже уровень его возможностей по самовосстановлению. Например, гидра, если ее разделить на сотни частей, способна восстановится из каждой части, образовав 100 новых гидр. Саламандра - более развитое существо, может без проблем восстановить утраченную конечность. А когда дело доходит до человека о возможности появления новой конечности взамен утраченной не приходиться даже думать.
Регенерация у человека
Таких способностей у нас нет. Однако все-таки регенерация у нас протекает постоянно. На смену поврежденным или завершившим свой жизненный цикл клеткам в нашем организме непрерывно приходят новые: эритроциты меняются каждые 120 дней, клетки эпителия кожи или слизистых еще быстрее. Такой тип регенерации называется физиологическим.
Разные клетки человека, обладают неодинаковыми способностями к восстановлению. Регенерационные возможности тканей находятся в зависимости от сложности выполняемых функций и специализированности. Например, в отличие от эпителиальных или соединительнотканных клеток, миоциты мышц регенерируют не так хорошо. Клетки нервной ткани (нейроны) тоже медленно восстанавливаются: рост нервного волокна происходит очень медленно – 1-2 мм в сутки. В основном специализированные клетки способны к внутриклеточной регенерации и могут возрождать свои органеллы. Новый головной мозг не вырастет, но внутри нейрона может происходить самовосстановление, то есть регенерация осуществляется на субклеточном уровне.
В случае повреждения или значительного разрушения органов, скорость регенерации оказывается недостаточной. Не удается полностью воссоздать прежний орган за быстрое время. Тогда интенсивное развитие соединительной ткани создает на этом месте рубец вместо прежних клеток. Это напоминает шрамы при глубоких порезах или при тяжелых случаях алкогольного гепатита. Когда при постоянной длительной интоксикации клетки печени отмирают, на их месте развивается соединительная ткань, которая уже не может выполнять специфической функции печеночных гепатоцитов – развивается цирроз и печеночная недостаточность.
Вырастить конечность - нет проблем
Заживление и механизмы регенерации все время интересуют ученых. В последнее время особым вниманием науки удостоились саламандры, чьи лапы могут отрастать снова и снова бесчисленное количество раз за считанные недели. Оказалось, что первичные реакции восстановления после глубоких ран и массивных повреждений у человека и саламандры протекают почти одинаково. Однако со временем животные получают полноценную конечность, а человек грубый рубец из соединительной ткани. В чем дело?
Известно, что восстановление ткани начинается с появления бластемы - опухолевидного скопления клеток, зоны усиленного роста и развития. Совсем недавно биологи считали, что клетки бластемы саламандр плюрипотентны и могут развиться в любую специализированную клетку: клетку кожи, мышечной или нервной ткани. Таким образом, механизм развития и роста новой ткани, по мнению ученых, весьма сильно отличался от человеческого процесса регенерации.
Однако результаты последних экспериментов ученых из Германии и США, опубликовавших статью в «Nature», доказали, что это не так. Оказываются, клетки бластемы саламандр не идентичны, хотя похожи. Эти клетки предшественники помнят от каких клеток произошли, и какую ткань формировать снова. Они даже помнят свое местоположение и мигрируют в соответствующий участок.
Это открытие заставляет по-новому взглянуть на процессы регенерации, так как в этом случае отличия в регенеративных процессах человека и саламандры отличаются только скоростью протекания, а не механизмами. Ученые заявляют, что «саламандры не делают что-то намного более сложное, чем способны делать стволовые клетки человека». Однако все-таки остается непонятным, почему возможности регенерации человека и земноводных отличаются?
Из двух зол выбирают меньшее
Новое предположение поступило из Филадельфии, где в лаборатории ученые работали с мышами, имеющими дефекты иммунной системы. Оказалось, что любые раны у них заживают со скоростью, напоминающей регенерацию земноводных. Однако мыши, как млекопитающие, в принципе не обладают такими особенностями. Проведя серию экспериментов, исследователи пришли к мнению, что интенсивная регенерация у млекопитающих присуща только животным с уничтоженными Т-клетками иммунной системы.
Такое предположение подкрепляется фактом полного отсутствия у земноводных какой-либо иммунной системы. Быть может, тогда иммунная система сдерживает ускоренный рост клеток при восстановительных процессах. Ученые пошли дальше и выдвинули свою версию развития этих систем: иммунная система и регенерация – две различных защитных системы. Вероятно, высокие регенерационные способности оказываются несовместимы с иммунной защитой, поэтому подвергаются сдерживанию. И действительно, зачем уметь быстро отращивать конечности, если не сможешь защититься от вирусов, бактерий или рака.
Конечно, все таинства регенерации до конца еще не разрешены и требуют дополнительных исследований. Однако недавние открытия все же проливают свет на этот загадочный процесс.