Новое исследование ставит под сомнение давние представления о регенерации конечностей
Исследовательская группа под руководством профессора Кена Мунэоки из Техасского университета A&M бросила вызов устоявшемуся за два столетия убеждению, что для регенерации конечностей необходимы нервы. Ранее, в 2019 году, команда доказала возможность регенерации суставов у млекопитающих.
В отличие от саламандр, способных регенерировать целые конечности, естественная регенерация у человека ограничена такими тканями, как эпидермис и печень. Более 200 лет считалось, что ключевым фактором для регенерации является наличие нервов, но два новых исследования Мунэоки показывают, что для млекопитающих это не так.
Важность механической нагрузки
Первое исследование, опубликованное в Journal of Bone and Mineral Research, установило, что механическая нагрузка (способность прикладывать силу к пораженной области или с ее помощью) является обязательным условием для регенерации у млекопитающих.
Второе исследование, опубликованное в Developmental Biology, показало, что отсутствие нервов не подавляет регенерацию.
Ключевые эксперименты провел Коннор Долан, использовав метод подвешивания задних конечностей (hindlimb suspension), аналогичный тому, что применяется NASA для моделирования невесомости. Оказалось, что при отсутствии нагрузки на конечность регенерация кончиков пальцев у мышей полностью подавлялась, даже при сохранении нервов. Как только нагрузка возвращалась, регенерация возобновлялась.
В другом эксперименте мышь с денервированным (лишенным нервов) пальцем, но продолжавшая нагружать его благодаря соседним иннервированным пальцам, демонстрировала нормальную, хотя и немного замедленную регенерацию.
«Что показывают эти два исследования, так это то, что они противоречат двухвековой догме о том, что для регенерации нужны нервы. У млекопитающих их заменяет необходимость в механической нагрузке, а не в нервах», — заявил Кен Мунэока.
Последствия исследований
Это открытие не опровергает данные по саламандрам, у которых нервы действительно необходимы для регенерации, но указывает на принципиальное различие между видами.
«Если мы собираемся регенерировать конечности у людей, это будет гораздо больше похоже на то, что происходит у мышей», — считает Мунэока.
Нервы по-прежнему важны для чувствительности и контроля конечности, поэтому теперь их следует рассматривать не как условие для регенерации, а как часть того, что необходимо восстановить.
Ларри Сува, глава департамента ветеринарной физиологии и фармакологии, подчеркивает, что ранее аспект механической нагрузки игнорировался: «До выхода этой статьи никто даже не задумывался о необходимости механических влияний».
Взгляд в будущее
Этот сдвиг в парадигме меняет подход к решению проблемы. Ученым теперь известно, что для запуска регенерации у млекопитающих необходимо обеспечить не только факторы роста (которые могут имитировать присутствие нервов), но и сигналы от механической нагрузки.
Следующая задача — расшифровать биохимические сигналы, которые клетка генерирует в ответ на нагрузку.
«Если бы мы могли понять этот биохимический сигнал, то, возможно, физическую силу механической нагрузки можно было бы заменить каким-то коктейлем молекул, который создавал бы те же сигналы в клетках», — говорит Мунэока.
Полная регенерация конечностей у человека остается отдаленной целью, но это фундаментальное изменение в понимании проблемы указывает ученым и инженерам верное направление для поиска решений.