Dorastajúca stratená noha

Mlok dokáže amputovanú nohu obnoviť v krátkom čase. Podľa nových zistení sa môžeme veľa naučiť aj od myší. Je možné, že u ľudí existuje určitý potenciálny spánok.

Mexický salamander axolotl dokáže za päť týždňov zregenerovať celú nohu. (Obrázok: Centrum pre regeneračné terapie Drážďany/PD)

Obojživelníci sú skutočnými majstrami regenerácie. Mloky a mloky môžu úplne funkčne dorásť celé nohy, ruky a niekedy aj vnútorné orgány. Vedci po celé storočia uvažovali o tom, čo sa deje v liečebnom procese týchto zvierat inak ako v našom; a predovšetkým to, či sme túto schopnosť v priebehu evolúcie nenávratne stratili, alebo či ešte stále máme určitý potenciálny spánok. Existuje čoraz viac dôkazov o tom, že to je pravda. Pred pár mesiacmi bola napríklad publikovaná štúdia, ktorá ukazuje, že myši africkej chrbtice (Acomys) iniciujú regeneračné procesy podobné tým obojživelníkom. To znamená, že molekulárne signálne dráhy sú prítomné aj u vyšších stavovcov.

Mlok dokáže amputovanú nohu obnoviť v krátkom čase. Podľa nových zistení sa môžeme veľa naučiť aj od myší. Je možné, že u ľudí existuje určitý potenciálny spánok.

Mexický salamander axolotl dokáže regenerovať celú nohu za päť týždňov. (Obrázok: Centrum pre regeneračné terapie Drážďany/PD)

Obojživelníci sú skutočnými majstrami regenerácie. Mloky a mloky môžu úplne funkčne dorásť celé nohy, ruky a niekedy aj vnútorné orgány. Po stáročia si vedci kladú otázku, čo sa v procese liečenia týchto zvierat deje inak ako u nás; a predovšetkým to, či sme túto schopnosť v priebehu evolúcie nenávratne stratili, alebo či ešte stále máme určitý potenciálny spánok. Existuje čoraz viac dôkazov o tom, že to je pravda. Pred niekoľkými mesiacmi bola napríklad publikovaná štúdia, ktorá ukazuje, že myši africkej chrbtice (Acomys) iniciujú regeneračné procesy podobné tým obojživelníkom. To znamená, že molekulárne signálne dráhy sú prítomné aj u vyšších stavovcov.

Nová koža u myší

Africké ostnaté myši, podobne ako jašterice, ktoré zhadzujú chvosty, aby zmiatli prenasledovateľa, im odtrhnú kožu od chrbta, aby unikli útočníkovi. Aby takáto taktika nebola z dlhodobého hľadiska nevýhodou, musí stratená pokožka spolu s vlasmi dorásť čo najrýchlejšie a najkompletnejšie. Toto je už pre cicavce zvláštnosťou, pretože vlasové folikuly, v ktorých vlasy rastú a sú zakotvené, sa po poškodení zriedka obnovia. Ashley Seifert z Floridskej univerzity a jeho kolegovia chceli preskúmať túto schopnosť u dvoch druhov afrických ostnatých myší - takzvaných kvôli ich štetinovým vlasom. Keď boli zvieratá chytené v divočine Kene, veľa z nich zhodilo kožu. Výsledné rany boli čiastočne rozsiahle a pokrývali až polovicu chrbta.

U 80 percent zvierat sa však rana po troch dňoch uzavrela epidermou rany, tenkou vrstvou epidermálnych buniek. Po niekoľkých týždňoch sa vytvorila elastická pokožka s vlasmi bez jaziev. Na obnovu vlasových folikulov sa aktivovali molekulárne signálne dráhy, ktoré si tieto štruktúry vytvárajú aj počas embryonálneho vývoja. S cieľom ďalej otestovať regeneračné schopnosti Acomysu vedci vyrazili štyri milimetrové otvory v ušiach myší a porovnali proces hojenia s domácimi myšami. Posledne menované neboli schopné úplne uzavrieť otvory a väčšinou sa vytvorilo jazvnaté tkanivo. Ostnaté myši však rýchlo vyplnili dieru tkanivami, ktoré sa tam bežne nachádzali: horná časť kože (epidermis), derma, chrupavka a tukové tkanivo, chýbali iba svaly.

Proces regenerácie bol podobný ako u obojživelníkov: epidermálne bunky rýchlo zakryli ranu, pod zónou s rýchlo sa rozvíjajúcimi bunkami a vytvorilo sa spojivové tkanivo z kolagénových vlákien podobné ako u zdravej pokožky. U domácich myší bol však kontakt medzi epidermou rany a bunkami pod ňou čoskoro prerušený bazálnou membránou a vytvorila sa väčšina zjazvených tkanivových kolagénových vlákien. Je to typické pre cicavce a stáva sa to aj u ľudí: rany sa hoja jazvami. Tkanivo je potom menej elastické, chýbajú vlasy a potné žľazy.

Zóna s rýchlo sa deliacimi bunkami u ostnatých myší bola podobná takzvanému blastému. U obojživelníkov táto oblasť vzniká tesne pod pokožkou a je nevyhnutná pre regeneráciu. Obsahuje tiež rýchlo sa deliace bunky, ktoré sú menej špecializované ako bunky dospelých a ktoré produkujú proteíny špecifické pre vývoj. Bunky blastému prestavujú celú chýbajúcu končatinu.

Vedci už dlho predpokladali, že bunky blastému sú jednotnou skupinou buniek, ktoré sú rovnako ako kmeňové bunky pluripotentné a môžu sa vyvinúť do mnohých rôznych typov buniek. Pred niekoľkými rokmi však vedci pod vedením Elly Tanaky z Centra pre regeneračné terapie v Drážďanoch preukázali, že bunky blastému sú tvorené z rôznych druhov tkanív a majú obmedzený vývojový potenciál.

Vedci skúmali regeneráciu v mexickom salamandre axolotl, ktorý žije vo vode a je príbuzný so salamandrami. Každý z nich zafarbil jednotlivé typy buniek v náručí zvierat. Potom im amputovali krátky kúsok a sledovali, ktoré typy buniek sa novo vytvorili z označených buniek (pozri grafiku). Ukázalo sa, že svalové bunky tvorili iba svaly, Schwannove bunky obklopujúce nervy iba Schwannove bunky a epidermálne bunky iba epidermis. Iba bunky chrupavky a dermálne bunky boli menej obmedzené, čím vznikli chrupavky aj dermis. Je možné, že bunky blastému sú tkanivovo špecifické kmeňové bunky s obmedzeným vývojovým potenciálom.

Aj keď sa bunky blastému nezmenia na embryonálny stav, stane sa im niečo, čo spustí embryonálne procesy, takže sa vytvorí nová končatina. To reaktivuje molekulárne signálne dráhy, ktoré sú inak aktívne iba počas embryonálneho vývoja - to ukazujú rôzne štúdie obojživelníkov v posledných rokoch.

Imunitný systém ako prekážka

Jednou z najzásadnejších otázok, ktoré si vedci kladú, je dôvod, prečo sa embryonálne signálne dráhy u ľudí po úraze neakceptujú. Podľa Seiferta možno iba povedať: „Nevieme.“ Cicavce liečili zranenia zjazvením. V porovnaní s obojživelníkmi sa to javí ako nevýhoda. Ale pravdepodobne to má svoj dôvod.

Jednou z hypotéz je, že sa stratila schopnosť regenerácie v prospech lepšieho imunitného systému. Úvaha vychádza z pozorovania, že schopnosť regenerácie klesá so zvyšujúcim sa vývojom imunitného systému. Stáva sa to tak u cicavcov, ktoré majú ako embryá slabo vyvinutý imunitný systém, a počas tejto doby regenerujú poranenia kože bez jaziev, ako aj u žiab, ktoré si úplne obnovia svoje končatiny v larválnom štádiu. Čím viac sa priblížia k metamorfóze, tým menej sa regenerácia dokončí a v žabom štádiu sa úplne zastaví. Imunitný systém zároveň rozvíja schopnosť rozlišovať cudzie bunky od buniek vlastného tela a cielene bojovať proti cudzím bunkám. Salamandrom a mlokom chýba táto špecifická imunitná odpoveď vyšších stavovcov.

Anthony Mescher z Indiana University študoval hypotézu imunitného systému už niekoľko rokov. Má podozrenie, že špecifický imunitný systém klasifikuje bunky blastému ako cudzie. Predtým, ako sa u obojživelníkov z nich vyvinú rôzne typy buniek, produkujú modelové proteíny. Používajú sa na usporiadanie štruktúry novej končatiny a informovanie buniek o tom, kde sa nachádzajú a čo majú v danom okamihu robiť. Modelové proteíny by sa inak produkovali iba počas embryonálneho vývoja, ak by sa ešte nevyvinul špecifický imunitný systém, tvrdí Mescher. Je možné, že imunitné bunky zničili tie bunky, ktoré mali tieto proteíny na svojom povrchu. Hypotéza je špekulatívna, existujú však určité dôkazy, ktoré ju podporujú. Preto zdôrazňuje, že regenerační výskumníci by mali pri svojich štúdiách brať do úvahy imunitný systém.

To by mohlo byť dôležité. Jednou z vízií vedcov je použitie signálnych látok na spustenie regeneračných procesov podobných obojživelníkom u ľudí. Ken Muneoka z Tulane University v New Orleans a jeho kolegovia to dokázali pomocou myší. Myši a ľudské deti môžu regenerovať odseknutý konček prsta, ak chýba len krátky kúsok. Pretože existuje len málo klinicky popísaných prípadov detí, nie je jasné, či dorastajú iba mäkké tkanivá alebo, ako pri skutočnej regenerácii, aj kosti.

U myší sa to novo vytvára; ale odlišné od obojživelníkov. Je pravda, že myši majú tiež štruktúru podobnú výbuchu s rýchlo sa deliacimi bunkami, ktoré produkujú proteíny špecifické pre vývoj. Kosť sa však netvorí z chrupavkového tkaniva, ako je to v embryonálnom vývoji, ale z progenitorových buniek spojivového tkaniva. Regeneračné končatiny obojživelníkov naopak reprodukujú celý embryonálny vývoj.

Iná situácia bola u myší, u ktorých tím Muneoka umelo vyvolal regeneráciu. Vedci použili signálne proteíny (BMP2 alebo BMP7), ktoré vložili do normálne neregeneratívnej rany v zadnej časti poslednej falangy. Umelo indukovaná regenerácia potom prebiehala ako u obojživelníkov: kosť bola tvorená z chrupavky. Vedci preukázali, že normálna rana u cicavca sa môže transformovať na regeneračnú ranu pomocou rastového faktora.

Je pred nami ešte dlhá cesta

Dezilúzia však prišla minulý rok, keď sa vedci pokúsili vyvolať u myší regeneráciu predposlednej falangy. Aj keď to bolo s BMP2 úspešné, regenerovala sa iba falanga, na ktorej bola vykonaná amputácia. Posledný článok a spoj medzi článkami chýbali. Podľa vedcov BMP2 indukuje miestne špecifickú regeneráciu. To naznačuje, že bunky cicavcov majú tiež „lokálnu pamäť“ (pozri rámček). Na rozdiel od obojživelníkov ho však nemôžu použiť na organizáciu úplnej regenerácie chýbajúcich končatín. Rozmnožujú iba časť, z ktorej pochádzajú. K regenerácii podobnej obojživelníkovi je teda ešte ďaleko.