Регенерация костей с помощью стволовых клеток оленьих рогов

Учёные из ряда китайских исследовательских институтов в ходе изучения регенерации органов у млекопитающих обнаружили, что клетки-предшественники бластемы оленьих рогов являются потенциальным источником консервативных регенеративных клеток у высших позвоночных. Исследование, опубликованное в журнале Science, предполагает, что результаты могут найти применение в клиническом восстановлении костной ткани. Активация ключевых характерных генов может потенциально использоваться в регенеративной медицине для восстановления скелета, длинных костей или конечностей.

Способность к регенерации конечностей и органов — давняя цель медицинской науки. Люди обладают ограниченными регенеративными способностями, в основном в печени. Если часть печени удалить, оставшаяся ткань начнёт расти, пока не достигнет исходного функционального размера. Лёгкие, почки и поджелудочная железа также могут делать это, хотя и не так полно или эффективно.

Для сравнения: ящерица может регенерировать хвост, рыбка данио — плавник, омар — клешню, а аксолотль способен восстанавливать органы, конечности, спинной мозг и даже утраченную ткань мозга.

Один тип млекопитающих демонстрирует регенеративное поведение рутинно и надёжно — олень. Рога самцов оленей ежегодно отрастают как живая ткань, с кровеносными сосудами и нервами, обвивающими быстрорастущую костную структуру. Исследователи зафиксировали наличие бластемоподобной структуры во время регенерации рогов, аналогичной структуре, участвующей в регенерации конечностей у амфибий. Это указывает на консервативную биологическую особенность, доступную для регенерации тканей позвоночных.

Ещё одно млекопитающее с ограниченной способностью к регенерации частей конечностей — мышь. Мыши могут восстанавливать кончики пальцев на передних лапах. Межвидовое сравнение показало, что регенеративные клетки-предшественники, подобные найденным в бластемоподобной структуре оленьих рогов, присутствуют и в регенерирующем кончике пальца мыши, но отсутствуют в её нерегенерирующих пальцах. Эти гены также отличались от тех, что обнаружены в конечностях аксолотля или плавниках данио.

Согласно исследованию, «это предполагает существование относительно консервативных клеточных и молекулярных механизмов для двух известных случаев регенеративной способности в органах-придатках млекопитающих».

Чтобы полностью задокументировать динамику транскрипции генов и оценить изменения типов клеток во время регенерации рогов, команда провела секвенирование РНК единичных клеток рогов на разных стадиях регенерации и собрала геном пятнистого оленя на уровне хромосом. Было проанализировано 74 730 клеток, охватывающих критические стадии регенерации рогов. Обнаружены примечательные связи между типами клеток, которые, как сообщается, играют ключевую роль во время регенерации конечностей у лягушек и аксолотлей, а также регенерации кончиков пальцев у мышей.

Для проверки роли этих клеток-предшественников был проведён эксперимент на мышах. Клетки-предшественники из рогов вводили в головы лабораторных мышей. На черепных костях мышей появились рогоподобные хрящевые костные образования, которые не были рекрутированы из местных тканей, а полностью выросли из пересаженных стволовых клеток. Это показало, что учёным удалось успешно выделить основные типы клеток, необходимые для регенерации.