Ящерицы могут отращивать оторванные хвосты, что делает их ближайшими родственниками человека, способными регенерировать утраченные части тела. Но вместо настоящего хвоста, включающего позвонки и нервы, заменяющая его структура представляет собой несовершенную хрящевую трубку. Теперь, впервые, исследование, проведённое под руководством учёных из Университета Южной Калифорнии (University of Southern California), описывает, как стволовые клетки могут помочь ящерицам отращивать хвосты получше.
«Это один из немногих случаев, когда регенерация части тела была значительно улучшена с помощью терапии на основе стволовых клеток у любой рептилии, птицы или млекопитающего, и это даёт нам полезную информацию для улучшения заживления ран у людей»,
Эти новые и усовершенствованные хвосты ящериц имеют так называемое «дорсовентральное строение», то есть скелетные и нервные ткани расположены на верхней, или спинной, стороне, а хрящевые ткани — на нижней, брюшной, стороне.
«Ящерицы существуют уже более 250 миллионов лет, и за всё это время ни у одной ящерицы не отрастал заново хвост с дорсовентральной структурой, до сих пор. Моя лаборатория создала первые регенерированные хвосты ящериц с исходным скелетом»,
Чтобы добиться этого, команда учёных проанализировала, как формируются хвосты ящериц во время регенерации у взрослых особей в сравнении с эмбриональным развитием. В обоих случаях центральную роль играют нейральные стволовые клетки или НСК — стволовые клетки, из которых строится нервная система.
Взрослые НСК вырабатывают молекулярный сигнал, который блокирует формирование скелета и нервов и стимулирует рост хряща. В результате образуется хрящевая трубка, характерная для регенерированных хвостов.
Даже в отсутствие этого сигнала взрослые НСК не способны генерировать новую нервную ткань для дорсальной стороны хвоста.
В отличие от этого, эмбриональные НСК вырабатывают этот сигнал только в хрящевой области, которая становится нижней, или вентральной, стороной хвоста. Между тем, в отсутствие этого сигнала на верхней или дорсальной стороне развивается скелетная и нервная ткань. Таким образом, хвост приобретает сложный дорсовентральный узор, характерный для оригинальных эмбриональных отростков.
Однако если эмбриональные НСК имплантировать во взрослые хвостовые культи, они реагируют на сигнал и не развиваются в дорсальные структуры.
Чтобы преодолеть эти препятствия, команда Лозито использовала инструменты генного редактирования, чтобы сделать эмбриональные НСК не реагирующими на сигнал вентрализации, и хирургическим путём имплантировала эти клетки во взрослые хвостовые культи, что привело к регенерации идеальных хвостов.
«Это исследование дало нам важную практику по улучшению регенеративного потенциала организма. Совершенствование регенерированного хвоста ящерицы дает нам пример того, как можно улучшить заживление ран, которые не восстанавливаются естественным путем, например, отрезанных человеческих конечностей и спинного мозга. Таким образом, мы надеемся, что наше исследование ящериц приведёт к медицинскому прорыву в лечении труднозаживающих ран»,