De regeneratie van verloren organen bij dieren is een mysterie dat wetenschappers sinds de oudheid zorgen baart. Tot voor kort geloofde men dat alleen de laagste soorten levende wezens deze prachtige eigenschap bezitten: een hagedis groeit een afgehakte staart, sommige wormen kunnen in kleine stukjes worden gesneden en elk zal uitgroeien tot een hele worm - er zijn veel voorbeelden.
Maar de evolutie van de levende wereld ging tenslotte van lagere organismen naar steeds meer hooggeorganiseerde, dus waarom verdween deze eigenschap op een bepaald moment? En was het verloren?
De Lernaean hydra, Medusa de Gorgon of onze driekoppige Slang Gorynych, wiens "zelfherstellende" hoofden onvermoeibaar werden afgehakt door Ivan Tsarevich, zijn mythische karakters, maar ze zijn duidelijk verwant aan vrij echte wezens.
Deze omvatten bijvoorbeeld salamanders - een soort amfibieën met de staart, die met recht als een van de oudste dieren op aarde worden beschouwd. Hun verbazingwekkende eigenschap is het vermogen om te regenereren - om beschadigde of verloren staarten, poten en kaken terug te laten groeien.
Bovendien worden ook het beschadigde hart, oogweefsel en ruggenmerg hersteld. Om deze reden zijn ze onmisbaar voor laboratoriumonderzoek en worden salamanders niet minder vaak de ruimte in gestuurd dan honden en apen. Veel andere wezens hebben dezelfde eigenschappen.
Dus zebravissen rerio zwart en wit, slechts 2-3 cm lang, hebben de neiging om delen van de vinnen en ogen te regenereren en zelfs de cellen van hun eigen hart te herstellen, die door chirurgen zijn uitgesneden tijdens experimenten met regeneratie. Hetzelfde kan gezegd worden voor andere soorten vis.
De klassieke voorbeelden van regeneratie zijn hagedissen en kikkervisjes die een verloren staart opnieuw opbouwen; rivierkreeften en krabben die verloren klauwen laten groeien; slakken die nieuwe "hoorns" met ogen kunnen laten groeien; salamanders, die van nature de geamputeerde poot vervangen; zeesterren regenereren hun afgehakte stralen.
Promotie video:
Overigens kan uit een afgescheurde straal een nieuw dier ontstaan, zoals een snee. Maar de kampioen van regeneratie was de platworm of planaria. Als je het doormidden snijdt, groeit het ontbrekende hoofd op de ene helft van het lichaam en de staart op de andere, dat wil zeggen dat er twee volledig onafhankelijke levensvatbare individuen worden gevormd.
En het verschijnen van een volledig buitengewone, tweekoppige en tweezijdige planaria is mogelijk. Dit gebeurt als er langs de voor- en achterkant sneden worden gemaakt en ze niet aan elkaar laten groeien. Zelfs 1/280 van het lichaamsdeel van deze worm zal een nieuw dier maken!
Lange tijd keken mensen naar onze kleinere broers en waren, om eerlijk te zijn, in het geheim jaloers. En wetenschappers gingen van vruchteloze observatie naar analyse en probeerden de wetten van deze "zelfgenezing" en "zelfgenezing" van dieren te onthullen.
De eerste die dit fenomeen wetenschappelijke duidelijkheid probeerde te brengen, was de Franse natuuronderzoeker Rene Antoine Reaumur. Hij was het die in de wetenschap de term 'regeneratie' introduceerde - het herstel van een verloren deel van het lichaam met zijn structuur (uit het Latijn ge - 'opnieuw' en generatio - 'opkomst') - en een reeks experimenten uitvoerde. Zijn werk over beenregeneratie bij kanker werd in 1712 gepubliceerd. Helaas besteedden collega's geen aandacht aan haar en Reaumur stopte met deze studies.
Slechts 28 jaar later zette de Zwitserse natuuronderzoeker Abraham Tremblay zijn experimenten met regeneratie voort. Het wezen waarop hij experimenteerde, had op dat moment niet eens een naam. Bovendien wisten wetenschappers nog niet of het een dier of een plant was. De holle stengel met tentakels, met de achterkant vastgemaakt aan het glas van het aquarium of aan waterplanten, bleek een roofdier te zijn, en ook best verbazingwekkend.
In de experimenten van de onderzoeker veranderden individuele fragmenten van het lichaam van een klein roofdier in onafhankelijke individuen - een fenomeen dat tot dan toe alleen in de plantenwereld bekend was. En het dier bleef de natuurwetenschapper verbazen: op de plaats van de longitudinale sneden aan de voorkant van het kalf, gemaakt door de wetenschapper, groeide het nieuwe tentakels en veranderde het in een "veelkoppig monster", een miniatuur mythische hydra, die volgens de oude Grieken Hercules vocht.
Het is niet verwonderlijk dat het proefdier dezelfde naam kreeg. Maar de hydra die onderzocht werd, had zelfs nog mooiere eigenschappen dan zijn Lernese naamgenoot. Ze is uitgegroeid tot zelfs 1/200 van haar lichaam van één centimeter!
De werkelijkheid overtrof sprookjes! Maar de feiten die tegenwoordig aan elk scholier bekend zijn, gepubliceerd in 1743 in de "Proceedings of the Royal Society of London", leken ongeloofwaardig voor de wetenschappelijke wereld. En toen steunde Tremblay tegen die tijd de reeds gezaghebbende Reaumur, waarmee hij de betrouwbaarheid van zijn onderzoek bevestigde.
Het "schandalige" onderwerp trok onmiddellijk de aandacht van veel wetenschappers. En al snel bleek de lijst met dieren met het vermogen om te regenereren behoorlijk indrukwekkend. Toegegeven, lange tijd werd aangenomen dat alleen de laagste levende organismen een zelfvernieuwingsmechanisme hebben. Wetenschappers ontdekten toen dat vogels snavels kunnen laten groeien, terwijl jonge muizen en ratten staarten kunnen laten groeien.
Zelfs zoogdieren en mensen hebben weefsels met een groot potentieel op dit gebied - veel dieren wisselen regelmatig hun vacht, de schubben van de menselijke epidermis worden vernieuwd, haren afgeknipt en geschoren baarden groeien.
De mens is niet alleen een buitengewoon nieuwsgierig wezen, maar ook hartstochtelijk bereid om alle kennis voor zijn eigen bestwil te gebruiken. Daarom is het heel begrijpelijk dat in een bepaald stadium van de studie van de mysteries van regeneratie de vraag opkwam: waarom gebeurt dit en is het mogelijk om kunstmatig regeneratie te veroorzaken? En waarom verloren hogere zoogdieren dit vermogen bijna?
Ten eerste merkten de experts op dat regeneratie nauw verband houdt met de leeftijd van het dier. Hoe jonger het is, hoe gemakkelijker en sneller de schade wordt hersteld. Bij een kikkervisje groeit de ontbrekende staart gemakkelijk terug, maar het verlies van het been van een oude kikker maakt hem gehandicapt.
Wetenschappers onderzochten de fysiologische verschillen, en de methode die amfibieën gebruiken voor 'zelfherstel' werd duidelijk: het bleek dat in de vroege stadia van ontwikkeling de cellen van een toekomstig wezen onvolwassen zijn en dat de richting van hun ontwikkeling wellicht verandert. Experimenten met kikkerembryo's hebben bijvoorbeeld aangetoond dat wanneer een embryo slechts een paar honderd cellen heeft, een stukje weefsel dat bestemd is om een huid te worden, eruit kan worden gesneden en in een deel van de hersenen kan worden geplaatst. En dit weefsel … zal een deel van de hersenen worden!
Als een dergelijke operatie wordt uitgevoerd met een meer volwassen embryo, zal de huid zich nog steeds ontwikkelen uit huidcellen - precies in het midden van de hersenen. Daarom hebben wetenschappers geconcludeerd dat het lot van deze cellen al vooraf bepaald is. En als er voor de cellen van de meeste hogere organismen geen weg terug is, dan kunnen de cellen van amfibieën de tijd omkeren en terugkeren naar het moment waarop hun bestemming zou kunnen veranderen.
Wat is deze verbazingwekkende stof die amfibieën in staat stelt zichzelf te "herstellen"? Wetenschappers hebben ontdekt dat als een salamander of salamander zijn poten verliest, de cellen van bot, huid en bloed in het beschadigde deel van het lichaam hun onderscheidende kenmerken verliezen.
Alle secundair "pasgeboren" cellen, die blastema worden genoemd, beginnen zich intensief te delen. En in overeenstemming met de behoeften van het lichaam, worden ze cellen van botten, huid, bloed … om uiteindelijk een nieuwe poot te worden. En als je op het moment van 'zelfherstel' tretinoïnezuur (zuur van vitamine A) aansluit, dan stimuleert dit het regeneratieve vermogen van kikkers zo sterk dat ze drie poten krijgen in plaats van één verloren.
Het bleef lange tijd een raadsel waarom het regeneratieprogramma bij warmbloedige dieren werd onderdrukt. Er kunnen verschillende verklaringen zijn. Het eerste komt erop neer dat warmbloedige mensen iets andere prioriteiten hebben om te overleven dan koelbloedige. Littekenwonden werden belangrijker dan totale regeneratie, omdat het de kans op dodelijke bloedingen bij verwondingen en de introductie van een dodelijke infectie verminderde.
Maar er kan een andere verklaring zijn, veel donkerder: kanker, dat wil zeggen, het snelle herstel van een groot gebied van beschadigd weefsel impliceert het verschijnen van dezelfde snel delende cellen op een bepaalde plaats. Dit is wat wordt waargenomen tijdens het ontstaan en de groei van een kwaadaardige tumor. Daarom geloven wetenschappers dat het voor het lichaam van vitaal belang is geworden om snel delende cellen te vernietigen, en daarom zijn de mogelijkheden voor snelle regeneratie onderdrukt.
Doctor in de biologische wetenschappen Petr Garyaev, academicus van de Russische Academie voor Medische en Technische Wetenschappen, zegt: "Het (regeneratie) is niet verdwenen, alleen hogere dieren, inclusief mensen, bleken beter beschermd te zijn tegen externe invloeden en volledige regeneratie was niet zo nodig."
Tot op zekere hoogte heeft het overleefd: wonden en snijwonden worden genezen, de geschilde huid wordt hersteld, het haar groeit en de lever herstelt gedeeltelijk. Maar de afgehakte hand groeit niet meer, net zoals de interne organen niet groeien in plaats van degenen die niet meer functioneren. De natuur is gewoon vergeten hoe het moet. Misschien moeten we haar hieraan herinneren.
Zoals altijd hielp Zijne Majesteit Chance. Immunoloog Helene Heber-Katz uit Philadelphia gaf haar laboratoriumassistent ooit de gebruikelijke taak: de oren van laboratoriummuizen doorboren om ze te labelen. Een paar weken later kwam Heber-Katz naar de muizen met kant-en-klare labels, maar … vond geen gaten in de oren.
We hebben het opnieuw gedaan en kregen hetzelfde resultaat: geen spoor van een genezen wond. Het lichaam van de muizen herstelde weefsel en kraakbeen door de gaatjes op te vullen die ze niet nodig hadden. Herber-Katz trok hieruit de enige juiste conclusie: blastema is aanwezig in de beschadigde delen van de oren - dezelfde niet-gespecialiseerde cellen als bij amfibieën.
Maar muizen zijn zoogdieren, ze zouden dat vermogen niet moeten hebben. Experimenten met de ongelukkige knaagdieren gingen door. Wetenschappers sneden stukjes staarten af voor muizen en … kregen 75 procent regeneratie! Toegegeven, niemand heeft zelfs om een voor de hand liggende reden geprobeerd de poten van de "patiënt" af te snijden: zonder cauterisatie zal de muis eenvoudigweg sterven aan zwaar bloedverlies lang voordat de regeneratie van het verloren ledemaat begint (of helemaal niet). En moxibustion sluit het uiterlijk van blastema uit. Het was dus niet mogelijk om een volledige lijst van de regeneratieve vermogens van muizen te achterhalen. We hebben echter al veel geleerd.
Toegegeven, er was één "maar". Dit waren geen gewone huismuizen, maar speciale huisdieren met een beschadigd immuunsysteem. De eerste conclusie van haar experimenten heeft Heber-Katz dit gemaakt: regeneratie is alleen inherent aan dieren met vernietigde T-cellen - cellen van het immuunsysteem.
Dit is het grootste probleem: amfibieën hebben het niet. Dit betekent dat de aanwijzing voor dit fenomeen geworteld is in het immuunsysteem. De tweede conclusie: zoogdieren hebben dezelfde genen die nodig zijn voor weefselregeneratie als amfibieën, maar T-cellen laten deze genen niet werken.
De derde conclusie: organismen hadden oorspronkelijk twee methoden om wonden te genezen: het immuunsysteem en regeneratie. Maar in de loop van de evolutie werden de twee systemen incompatibel met elkaar - en zoogdieren kozen voor T-cellen omdat ze belangrijker zijn, omdat ze het belangrijkste wapen van het lichaam tegen tumoren zijn.
Wat heeft het voor zin om een verloren hand opnieuw te laten groeien als tegelijkertijd kankercellen snel in het lichaam groeien? Het blijkt dat het immuunsysteem ons beschermt tegen infecties en kanker, maar tegelijkertijd ons vermogen tot "zelfherstel" onderdrukt.
Maar is het echt onmogelijk om iets te verzinnen, omdat je echt niet alleen verjonging wilt, maar ook het herstel van de levensondersteunende functies van het lichaam? En wetenschappers hebben, zo niet een wondermiddel voor alle kwalen, de mogelijkheid gevonden om een beetje dichter bij de natuur te komen, niet dankzij blastema, maar dankzij stamcellen. Het bleek dat mensen een ander regeneratieprincipe hebben.
Het was lange tijd bekend dat slechts twee soorten van onze cellen kunnen regenereren: bloed- en levercellen. Wanneer het embryo van een zoogdier zich ontwikkelt, worden sommige cellen buiten het specialisatieproces gelaten.
Dit zijn stamcellen. Ze hebben het vermogen om bloed of stervende levercellen aan te vullen. Beenmerg bevat ook stamcellen, die spieren, vet, botten of kraakbeen kunnen worden, afhankelijk van de voedingsstoffen die ze in het laboratorium krijgen.
Nu moesten de wetenschappers empirisch testen of er een kans is om de in het DNA van elk van onze cellen geregistreerde "instructie" voor het kweken van nieuwe organen "te lanceren". Deskundigen waren ervan overtuigd dat je het lichaam alleen maar hoeft te dwingen om zijn vermogen "aan te zetten", en dan zal het proces voor zichzelf zorgen. Het is waar dat het vermogen om ledematen te laten groeien onmiddellijk op een tijdelijk probleem stuit.
Wat een klein lichaam gemakkelijk beheert, gaat de macht van een volwassene te boven: volumes en afmetingen zijn veel groter. We kunnen niet doen zoals salamanders: een heel klein lidmaat vormen en het dan laten groeien. Hiervoor hebben amfibieën slechts een paar maanden nodig, voordat een persoon een nieuw been tot zijn normale grootte laat groeien, volgens de berekening van de Engelse wetenschapper Jeremy Brox duurt het minstens 18 jaar …
Maar wetenschappers hebben veel werk gevonden voor stamcellen. U moet echter eerst aangeven hoe en waar ze worden verkregen. Wetenschappers weten dat het grootste aantal stamcellen wordt aangetroffen in het beenmerg van het bekken, maar bij elke volwassene hebben ze hun oorspronkelijke eigenschappen al verloren. Het meest veelbelovend is de bron van stamcellen die zijn verkregen uit navelstrengbloed.
Maar na de bevalling kunnen onderzoekers slechts 50 tot 120 ml van dergelijk bloed verzamelen. Van elke 1 ml komen 1 miljoen cellen vrij, maar slechts 1% daarvan zijn voorlopercellen. Deze persoonlijke reserve van de herstellende reserve van het lichaam is extreem klein en daarom van onschatbare waarde. Daarom worden stamcellen verkregen uit de hersenen (of andere weefsels) van embryo's - een abortusmateriaal, hoe triest het ook is om erover te praten.
Ze kunnen worden geïsoleerd, in weefselkweek worden geplaatst, waar de voortplanting zal beginnen. Deze cellen kunnen meer dan een jaar in cultuur leven en kunnen voor elke patiënt worden gebruikt. Stamcellen kunnen worden geïsoleerd uit navelstrengbloed en uit de hersenen van volwassenen (bijvoorbeeld tijdens neurochirurgie).
En het kan worden geïsoleerd uit de hersenen van onlangs overleden, aangezien deze cellen resistent zijn (vergeleken met andere cellen van het zenuwweefsel), worden ze bewaard wanneer de neuronen al gedegenereerd zijn. Stamcellen die zijn geëxtraheerd uit andere organen, zoals de nasopharynx, zijn niet zo veelzijdig in hun toepassing.
Onnodig te zeggen dat deze richting fantastisch veelbelovend is, maar nog niet volledig is verkend. In de geneeskunde is het nodig om zeven keer te meten en vervolgens gedurende tien jaar opnieuw te controleren om er zeker van te zijn dat een wondermiddel geen problemen met zich meebrengt, bijvoorbeeld een immuunverschuiving. Oncologen zeiden ook niet hun gewichtige "ja". Maar toch zijn er al successen, echter alleen op het niveau van laboratoriumontwikkelingen, experimenten met hogere dieren.
Neem bijvoorbeeld tandheelkunde. Japanse wetenschappers hebben een behandelingssysteem ontwikkeld op basis van genen die verantwoordelijk zijn voor de groei van fibroblasten - de weefsels die rond de tanden groeien en ze vasthouden. Ze testten hun methode op een hond die eerder een ernstige parodontitis had ontwikkeld.
Toen alle tanden eruit vielen, werden de getroffen gebieden behandeld met een stof die dezelfde genen en agar-agar bevat - een zuurmengsel dat een voedingsbodem vormt voor celproliferatie. Zes weken later braken de hoektanden van de hond uit.
Hetzelfde effect werd waargenomen bij een aap met tot aan de basis gesneden tanden. Volgens wetenschappers is hun methode veel goedkoper dan protheses en voor het eerst kunnen een groot aantal mensen letterlijk hun tanden teruggeven. Zeker als je bedenkt dat na 40 jaar 80% van de wereldbevolking vatbaar is voor parodontitis.
In een andere reeks experimenten werd de tandkamer gevuld met dentinezaagsel (dat de rol van inductor speelt) met het bindweefsel van het tandvlees (amphodont) als reactief materiaal. En de amfodont veranderde ook in dentine. Britse tandartsen hopen in de nabije toekomst over te stappen van succesvolle experimenten op muizen naar verder laboratoriumonderzoek. Volgens voorzichtige schattingen zullen "steelimplantaten" hetzelfde kosten als conventionele protheses in Engeland - van £ 1.500 tot £ 2.000.
Studies hebben aangetoond dat mensen met nierfalen slechts 10% van hun niercellen tot leven hoeven te brengen om niet langer afhankelijk te zijn van een dialyseapparaat.
En er wordt al jaren onderzoek in deze richting gedaan. Hoe belangrijk het is - niet om te naaien, maar om weer te groeien, niet om op pillen te zitten, maar om een gezonde functie te herstellen vanwege de verborgen mogelijkheden van het lichaam.
In het bijzonder is er een manier gevonden om nieuwe bètacellen in de alvleesklier te laten groeien die insuline produceren, waardoor miljoenen diabetici worden beloofd van dagelijkse injecties af te komen. En experimenten met de mogelijkheid om stamcellen te gebruiken in de strijd tegen diabetes bevinden zich al in de afrondingsfase.
Er wordt ook gewerkt aan het creëren van fondsen die regeneratie omvatten. Ontogeny heeft een groeifactor ontwikkeld, OP1 genaamd, die binnenkort te koop zal zijn in Europa, de Verenigde Staten en Australië. Het stimuleert de groei van nieuw botweefsel. OP1 zal helpen bij de behandeling van complexe fracturen waarbij de twee delen van het gebroken bot te ver uit elkaar liggen en daarom niet kunnen genezen.
Vaak wordt in dergelijke gevallen de ledemaat geamputeerd. Maar OP1 stimuleert botweefsel zodat het begint te groeien en de opening tussen de delen van het gebroken bot opvult. Bij het Russische Instituut voor Traumatologie en Orthopedie halen onderzoekers stamcellen uit het beenmerg. Na 4-6 weken reproductie in kweek worden ze in het gewricht getransplanteerd, waar ze de kraakbeenoppervlakken reconstrueren.
Een paar jaar geleden legde een groep Britse genetici een sensationele verklaring af: ze beginnen te werken aan het klonen van het hart. Als het experiment slaagt, zijn er geen weefseltransplantaties nodig. Maar het is onwaarschijnlijk dat golfgenetica beperkt zal blijven tot de regeneratie van alleen interne organen, en wetenschappers hopen dat ze zullen leren hoe ze ledematen kunnen "kweken" voor patiënten.
Op het gebied van gynaecologie zijn stamcellen ook veelbelovend. Helaas zijn veel jonge vrouwen tegenwoordig gedoemd tot onvruchtbaarheid: hun eierstokken produceren geen eieren.
Dit betekent vaak dat de pool van cellen waaruit de follikels ontstaan, is uitgeput. Daarom is het nodig om te zoeken naar mechanismen die ze aanvullen. De eerste bemoedigende resultaten op dit gebied zijn onlangs verschenen.
Wetenschappers zien nu al hoe mensen bij wie levercirrose is vastgesteld, kunnen worden gered. Ze geloven dat in sommige stadia van de ontwikkeling van de ziekte de transplantatie van een heel orgaan kan worden vervangen door de introductie van alleen stamcellen (door het arteriële bed, directe puncties, directe celtransplantatie in leverweefsel). Specialisten van het Centrum voor Chirurgie van de Russische Academie voor Medische Wetenschappen zijn begonnen met een pilotstudie en de eerste resultaten zijn bemoedigend.
Zeer interessante voorlopige ontwikkelingen worden uitgevoerd door Oekraïense wetenschappers op het gebied van hart- en vaatziekten. Nu al hebben ze experimenteel bewijs verzameld dat de introductie van stamcellen bij patiënten met een hartinfarct of ernstige ischemie een veelbelovende behandelingsmethode is.
De eerste klinische experimenten met stamceltransplantatie, die begonnen aan de Universiteit van Pittsburgh in de Verenigde Staten, hebben ook goede resultaten opgeleverd bij ernstig zieke patiënten die een ischemische of hemorragische beroerte hebben gehad. Na celtherapie is neurologische revalidatie daarin duidelijk zichtbaar.
Helaas zijn de beangstigende statistieken van het aantal kinderen met intra-uteriene hersenbeschadiging, inclusief hersenverlamming, zeer goed bekend. Het is al bewezen dat als dergelijke kinderen beginnen met stamceltransplantatie (of therapie gericht op het stimuleren van hen, dat wil zeggen, het lokaliseren van hun eigen endogene cellen in het getroffen gebied), na het eerste levensjaar vaak wordt opgemerkt dat zelfs met behoud van anatomische van hersenafwijkingen hebben kinderen minimale neurologische symptomen.
Effectief ontwikkelde stamceltransplantatietechnologieën kunnen ons leven volledig veranderen. Maar dit is de toekomst, en vandaag heeft dit kennisgebied niet eens een eigen naam, alleen opties: "celtherapie", "stamceltransplantatie", "regeneratiegeneeskunde", zelfs "weefselmanipulatie" en "orgaantechniek".
Maar het is al mogelijk om alle mogelijkheden van deze nieuwe richting op te sommen. Het is niet zonder reden dat ze zeggen dat de eenentwintigste eeuw gekenmerkt zal worden door biologie, en misschien zal de ervaring van regeneratie, die miljoenen jaren bewaard is gebleven door amfibieën en protozoa, de mensheid helpen.
