Саламандра может восстановить потерянную конечность, а млекопитающие, включая человека, не могут. Почему это так и что нужно, чтобы иметь эту способность, — загадка, занимащая многие умы на протяжении столетий.
Группа учёных во главе с Джеймсом Годвином (James Godwin) из Биологической лаборатории Маунт-Дезерта (MDI Biological Laboratory in Bar Harbor, Maine) приблизила разгадку тайны регенерации, выявив различия молекулярных сигналов, запускающих механизм восстановления утраченных органов у аксолотля и блокирующих его у взрослой мыши.
«Сотрудники Биологической лаборатории Маунт-Дезерта с момента её основания в 1898 году опираются на методы сравнительной биологии, чтобы лучше понимать, как заботиться о здоровье человека, — говорит президент научного учреждения, профессор Герман Галлер (Hermann Haller). — Открытия, сделанные Джеймсом Годвином в ходе сравнительных исследований аксолотля и мыши, доказывают, что идея обучения у природы сегодня так же актуальна, как и сто двадцать лет назад».
Вместо того чтобы заново вырастить утраченные или повреждённые части тела, млекопитающие обычно формируют шрам на месте травмы. Важно понять, почему у аксолотля в ответ на травму не образуется препятствующий регенерации рубец.
«Наши исследования показывают, что у людей есть неиспользованный потенциал для регенерации, — утверждает Годвин. — Если мы сможем решить проблему образования рубцов, то сможем раскрыть регенеративный потенциал. У аксолотлей не остаётся шрамов, происходит регенерация. Но как только образуется шрам, для регенерации игра заканчивается. Если бы мы могли предотвратить образование шрамов, мы могли бы улучшить качество жизни множества людей».
Аксолотль как модель
Аксолотль, мексиканская саламандра, практически вымершая в дикой природе — идеальная модель для исследований в области регенеративной медицины. Это чемпион регенерации. Большинство саламандр обладают некоторыми регенеративными способностями, но аксолотль может регенерировать практически любую часть тела, включая мозг, сердце, челюсти, конечности, лёгкие, яичники, спинной мозг, кожу, хвост и так далее.
У млекопитающих способностью к регенерации обладают эмбрионы и совсем молодые особи, к примеру, у младенцев может восстановиться сердечная ткань, а дети могут отрастить кончик пальца. Вероятно, что и взрослые млекопитающие сохраняют генетический код регенерации. В этом случае может быть разработана терапия, запускающая процесс восстановления тканей и органов, утраченных в результате болезни или травмы, как альтернативу образованию рубца.
В предыдущем исследовании Годвин сравнил иммунные клетки аксолотля, макрофаги, с аналогичными клетками мыши, чтобы определить качество макрофагов аксолотля, способствующее регенерации. А ранее Годвин же обнаружил, что именно макрофаги имеют решающее значение для регенерации: когда они истощены, у аксолотля остаётся шрам, восстановления утраченного фрагмента тела не происходит.
Хотя сигнализация макрофагов у аксолотля и мыши похожи, когда эти такие разные организмы сталкиваются с патогенами — бактериями, грибами и вирусы; но всё меняется, когда случается травма: сигнализация макрофагов аксолотля способствовала росту новой ткани, у мыши — образованию рубцов.
Оказалось, что сигнальный ответ класса белков, известных как толл-подобные рецепторы (Toll-like receptor, TLR), которые позволяют макрофагам распознавать угрозу инфекции или повреждения ткани и индуцировать провоспалительную реакцию, был «неожиданно расходящимся» в ответ на повреждение организмов аксолотля и мыши. Это открытие может помочь учёным понять механизмы, управляющие регенерацией, и научиться их запускать.
Взяться за «рычаги регенерации»
Открытие альтернативного сигнального пути, связанного с регенерацией, может в конечном итоге привести к разработке регенеративных методов лечения. Хотя восстановление человеческой конечности маловероятно в ближайшей перспективе, могут открыться возможности улучшения клинических исходов заболеваний, при которых рубцы играют важную роль — и это очень распространённые заболевания сердца, почек, печени и лёгких.
«Мы приближаемся к пониманию того, как аксолотлевые макрофаги инициируются для регенерации, что, в свою очередь, приближает нас к моменту, когда нам станут доступны рычаги регенерации у людей, — замечает Годвин. — Например, я предполагаю, что однажды мы сможем использовать наносимый на раны гидрогель, изменяющий поведение человеческих макрофагов, чтобы они больше походили на макрофаги аксолотля».