Ученые нашли у аксолотля генетический ключ к будущему восстановлению человеческих конечностей
В мире ежегодно происходит более миллиона ампутаций конечностей — из-за сосудистых заболеваний, диабета, травм, рака или инфекций. С учетом старения населения и роста числа случаев диабета эта проблема будет только усиливаться, поэтому ученые ищут решения, которые могли бы в будущем дополнить или частично заменить протезирование.
Источник: Wake Forest University. Аксолотль.
МОСКВА, 20 апреля. /Новости науки/. Международная группа биологов обнаружила, что гены, играющие ключевую роль в восстановлении конечностей у аксолотлей, плавников у рыбок данио-рерио и кончиков пальцев у мышей, работают по общему принципу. На основе этого ученые уже создали экспериментальный подход к генной терапии, который помог частично восстановить рост костной ткани у мышей.
Результаты исследования опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
В мире ежегодно происходит более миллиона ампутаций конечностей — из-за сосудистых заболеваний, диабета, травм, рака или инфекций. С учетом старения населения и роста числа случаев диабета эта проблема будет только усиливаться, поэтому ученые ищут решения, которые могли бы в будущем дополнить или частично заменить протезирование.
Их цель — не просто создать замену конечности, а однажды научиться восстанавливать живую ткань со всеми ее сложными функциями, включая движение и чувствительность.
Ключом к этому, как показала новая научная работа, могут стать так называемые гены семейства SP — прежде всего SP6 и SP8. Исследователи установили, что эти гены активны в регенерирующем эпидермисе, то есть в восстанавливающейся коже, у всех трех изученных видов.
Каждое из животных в исследовании было выбрано не случайно. Аксолотль умеет заново отращивать целые конечности, хвост, части сердца, мозга, печени, легких и челюсти. Рыбка данио-рерио быстро и практически без ограничений восстанавливает хвостовой плавник, а также может регенерировать сердце, спинной мозг, мозг, сетчатку, почки и поджелудочную железу. Мыши, как и люди, обладают гораздо более скромными возможностями, но все же способны заново отращивать кончики пальцев при сохранении ногтевого ложа.
На следующем этапе ученые решили проверить, что произойдет, если лишить животных этих генов. В лаборатории Карри с помощью технологии CRISPR из генома аксолотля удалили ген SP8. После этого саламандра уже не могла нормально восстановить кости конечности. Похожий эффект наблюдали и у мышей при отсутствии SP6 и SP8: регенерация кончиков пальцев нарушалась.
Эти результаты показали, что гены SP действительно критически важны для запуска и поддержания процесса восстановления.
Используя регенеративный усилитель ткани, найденный у данио-рерио, исследователи разработали вирусную генную терапию. Она доставляла в ткани секретируемую молекулу FGF8 — ген, который в норме активируется под действием SP8.
Такая терапия стимулировала рост костной ткани в пальцах мышей и частично компенсировала отсутствие регенеративного действия генов SP. И хотя до восстановления целой человеческой руки или ноги еще очень далеко, авторы считают этот результат важным доказательством принципа.
Ученые подчеркивают, что до клинического применения еще потребуется очень много исследований. Между восстановлением кончика мышиного пальца и человеческой конечности лежит огромная дистанция. Тем не менее именно такие работы закладывают основу для будущих методов.
Авторы отмечают, что генная терапия — лишь один из возможных путей. Наряду с ней сегодня рассматриваются и другие подходы: биоинженерные каркасы, стволовые клетки и комбинированные технологии.
Вероятнее всего, если когда-нибудь регенерация конечностей у человека станет реальностью, это будет результатом именно междисциплинарного подхода.
Результаты исследования опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
В мире ежегодно происходит более миллиона ампутаций конечностей — из-за сосудистых заболеваний, диабета, травм, рака или инфекций. С учетом старения населения и роста числа случаев диабета эта проблема будет только усиливаться, поэтому ученые ищут решения, которые могли бы в будущем дополнить или частично заменить протезирование.
Их цель — не просто создать замену конечности, а однажды научиться восстанавливать живую ткань со всеми ее сложными функциями, включая движение и чувствительность.
Ключом к этому, как показала новая научная работа, могут стать так называемые гены семейства SP — прежде всего SP6 и SP8. Исследователи установили, что эти гены активны в регенерирующем эпидермисе, то есть в восстанавливающейся коже, у всех трех изученных видов.
Каждое из животных в исследовании было выбрано не случайно. Аксолотль умеет заново отращивать целые конечности, хвост, части сердца, мозга, печени, легких и челюсти. Рыбка данио-рерио быстро и практически без ограничений восстанавливает хвостовой плавник, а также может регенерировать сердце, спинной мозг, мозг, сетчатку, почки и поджелудочную железу. Мыши, как и люди, обладают гораздо более скромными возможностями, но все же способны заново отращивать кончики пальцев при сохранении ногтевого ложа.
На следующем этапе ученые решили проверить, что произойдет, если лишить животных этих генов. В лаборатории Карри с помощью технологии CRISPR из генома аксолотля удалили ген SP8. После этого саламандра уже не могла нормально восстановить кости конечности. Похожий эффект наблюдали и у мышей при отсутствии SP6 и SP8: регенерация кончиков пальцев нарушалась.
Эти результаты показали, что гены SP действительно критически важны для запуска и поддержания процесса восстановления.
Используя регенеративный усилитель ткани, найденный у данио-рерио, исследователи разработали вирусную генную терапию. Она доставляла в ткани секретируемую молекулу FGF8 — ген, который в норме активируется под действием SP8.
Такая терапия стимулировала рост костной ткани в пальцах мышей и частично компенсировала отсутствие регенеративного действия генов SP. И хотя до восстановления целой человеческой руки или ноги еще очень далеко, авторы считают этот результат важным доказательством принципа.
Ученые подчеркивают, что до клинического применения еще потребуется очень много исследований. Между восстановлением кончика мышиного пальца и человеческой конечности лежит огромная дистанция. Тем не менее именно такие работы закладывают основу для будущих методов.
Авторы отмечают, что генная терапия — лишь один из возможных путей. Наряду с ней сегодня рассматриваются и другие подходы: биоинженерные каркасы, стволовые клетки и комбинированные технологии.
Вероятнее всего, если когда-нибудь регенерация конечностей у человека станет реальностью, это будет результатом именно междисциплинарного подхода.
