Лягушки с утраченными лапками смогли регенерировать функциональные конечности с помощью переносного биореактора, содержащего коктейль из пяти лекарств. Это – самое начало исследовательской работы, пишут ученые в журнале Science Advances. Но они полагают, что в ближайшие годы и десятилетия новый подход может быть применен к людям с утраченными конечностями.
Звездами исследования стали африканские когтистые лягушки, вид, который не может естественным образом регенерировать свои конечности. Исследователи из университетов Тафтса и Гарварда запустили бездействующий регенеративный процесс лягушек, поместив недавно ампутированный участок в силиконовый колпачок, содержащий пять соединений, способствующих регенерации. Каждое лекарство выполняло свою задачу, в том числе уменьшало воспаление, ингибировало выработку коллагена, что могло бы привести к образованию рубцов, и стимулировало новый рост нервных волокон, кровеносных сосудов и мышц.
Лягушки носили биореактор для диспергирования лекарств вокруг ампутированной задней лапки всего 24 часа, а ученые в течение следующих 18 месяцев внимательно следили за процессом формирования их конечностей. У лягушек, получавших лечение, наблюдалось долгосрочное увеличение длины костей, формирование мягких тканей и восстановление нервно-мышечной системы. Их новые конечности имели костную структуру, аналогичную естественной кости конечности, более богатый набор внутренних тканей, включая нейроны, и даже несколько «пальцев» на конце конечности.
«Эти лягушки живут полностью под водой, поэтому они больше плавают, чем прыгают, но их поведение было гораздо больше похоже на поведение обычных лягушек – новые лапки обладали чувствительностью, могли ощущать объекты и очень хорошо передвигались под водой», рассказал автор исследования, биолог из Университета Тафтса профессор Майк Левин.
Предыдущая работа группы показала, как можно стимулировать значительный рост конечностей у лягушек с помощью одного препарата, прогестерона, с BioDome. Однако эти конечности росли как простые шипы и были далеко не такими функциональными, как конечности, выращенные в новом исследовании с использованием пяти препаратов.
Другие ученые в прошлом пытались регенерировать конечности, используя подход, включающий стволовые клетки или редактирование генов. Новое исследование использует совершенно новый подход с использованием лекарств и биореактора. Исследователи считают, что этот подход имеет много преимуществ, поскольку активирует врожденные программы формирования анатомических паттернов, которые дремлют в организме животного.
«Эта работа показывает, что можно вызвать регенеративный ответ у животных, которые обычно этого не делают, без использования геномного редактирования или имплантации стволовых клеток», объяснил профессор Левин. «В нашей стратегии используется новый коктейль лекарств, который никогда раньше не применялся, и доставляется с помощью носимого биореактора. Здесь не используются имплантаты стволовых клеток или чужеродные гены, как в некоторых других подходах».
Лишь немногие животные со спинным мозгом способны к регенерации конечностей, в первую очередь саламандры и ящерицы. Хотя нет известных млекопитающих, которые могут полностью отрастить потерянные конечности, некоторые намекают на то, что они таят в себе неиспользованные регенеративные способности. Люди, например, могут восстановить свою печень до невероятной степени. Исследователи планируют проверить, работает ли их новый метод на млекопитающих, в надежде в конечном итоге увидеть, может ли точно подобранный коктейль лекарств вызвать регенерацию конечностей у людей.
«В отличие от некоторых других подходов, цель здесь – подтолкнуть клетки к программе создания конечности, а не микроуправлять процессом с помощью 3D-печати стволовых клеток или чего-то подобного. Идея состоит в том, чтобы найти триггер, а не реализовать все детали. Вот почему наш уникальный подход предусматривает 24-часовую обработку, за которой следует более года роста – цель состоит в том, чтобы извлечь выгоду из способности клеток создавать сложные структуры», пояснил профессор Левин. «Предстоит проделать большую работу, чтобы увидеть, как это будет применяться на людях, но у регенеративной медицины очень захватывающее будущее».
