Регенерация ее формы. Процесс регенерации клеток: как и почему происходит. Исследования регенерации у млекопитающих

Бадертдинов Р.Р.

В работе приводится краткий обзор достижений регенеративной медицины. Что представляет из себя регенеративная медицина, насколько реально применение ее разработок в нашей жизни? Как скоро мы сможем воспользоваться ими? На эти и другие вопросы сделана попытка ответить в данной работе.

регенерация

регенеративная медицина

стволовые клетки

цитогены

восстановление

генетика

наномедецина

геронтология

Что мы знаем о регенеративной медицине? Для большинства из нас тема регенерации и все, что с этим связано, прочно ассоциируется с фантастическими сюжетами художественных фильмов. И действительно, из-за малой информированности населения, что весьма странно, учитывая неизменную актуальность и жизненную важность данного вопроса, у людей сложилось достаточно устойчивое мнение: репаративная регенерация - это выдумки сценаристов и писателей-фантастов. Но так ли это? Действительно ли возможности регенерации у человека чей-то вымысел, с целью создать более изощренный сюжет?

До недавнего времени считалось, что возможность репаративной регенерации организма, происходящей после повреждения или утраты какой-либо части тела, была утеряна практически всеми живыми организмами в процессе эволюции и, как следствие, усложнения строения организма, кроме некоторых существ, включая амфибий. Одним из открытий, сильно поколебавшим этот догмат, стало обнаружение гена р21 и его специфических свойств: блокирование регенеративных возможностей организма, группой исследователей из Вистарского Института, штат Филадельфия, США (The Wistar Institute, Philadelphia).

Эксперименты на мышах показали, что организм грызунов, с отсутствующим геном р21 может регенерировать утраченные или поврежденные ткани. В отличие от обычных млекопитающих, у которых раны заживляются путем образования шрамов, у генетически модифицированных мышей с поврежденными ушами на месте раны образуется бластема - структура, связанная с быстрым ростом клеток. В ходе регенерации из бластемы образуются ткани восстанавливающегося органа.

По словам ученых, при отсутствии гена р21 клетки грызунов ведут себя как регенерирующие эмбриональные стволовые клетки. А не как зрелые клетки млекопитающих. То есть, они скорее выращивают новую ткань, чем восстанавливают поврежденную. Здесь будет уместно вспомнить, что такая же схема регенерации присутствует и у саламандр, обладающих возможностью отращивать заново не только хвост, но и утерянные конечности, или у планарий, ресничных червей, которых можно разрезать на несколько частей, и из каждого кусочка вырастет новая планария.

По осторожным замечаниям самих исследователей, следует вывод, что теоретически, отключение гена р21 может запускать аналогичный процесс и в человеческом организме. Безусловно, стоит отметить и тот факт, что ген р21 тесно связан с другим геном, р53. который контролирует деление клеток и препятствует образованию опухолей. В обычных взрослых клетках организма р21 блокирует деление клеток в случае повреждения ДНК, поэтому у мышей, у которых он был отключен, больше риск возникновения рака.

Но хотя исследователи действительно обнаружили большие повреждения ДНК в ходе эксперимента, они не нашли следов рака: напротив, у мышей усилился механизм апоптоза, программируемого «суицида» клеток, который также защищает от возникновения опухолей. Такая комбинация может позволять клеткам делиться быстрее, не превращаясь в «раковые».

Избегая далеко идущих выводов, все же отметим, что сами исследователи говорят лишь о временном отключении этого гена с целью ускорения регенерации: «While we are just beginning to understand the repercussions of these findings, perhaps, one day we´ll be able to accelerate healing in humans by temporarily inactivating the p21 gene». Перевод: «В данный момент мы только начинаем понимать все последствия наших открытий, и возможно, когда-нибудь мы сможем ускорять исцеление людей, временно инактивируя ген р21» .

И это лишь один из многих возможных путей. Рассмотрим другие варианты. Например, один из наиболее известных и раскрученных, отчасти с целью получения большой прибыли различными фармацевтическими, косметическими и другими компаниями - стволовые клетки (СК). Наиболее часто упоминаются при этом эмбриональные стволовые клетки. Об этих клетках слышали многие, с их помощью зарабатываются большие деньги, многие приписывают им поистине фантастические свойства. Так что же они из себя представляют. Попробуем внести некоторую ясность в этот вопрос.

Эмбриональными стволовыми клетками (ЭСК) называют ниши непрерывно размножающихся стволовых клеток внутренней клеточной массы, или эмбриопласта, бластоцисты млекопитающих. Из этих клеток может развиваться любой тип специализированных клеток, но не самостоятельный организм. Эмбриональным стволовым клеткам функционально эквивалентны линии эмбриональных зародышевых клеток, полученных из первичных клеток эмбриона. Отличительные свойства эмбриональных стволовых клеток - возможность поддерживать их в культуре в недифференцированном состоянии в течение неограниченного времени и их способность развиваться в любые клетки организма. Способность ЭСК давать начало большому количеству различных типов клеток делает их полезным инструментом базовых научных исследований и новым источником клеточных популяций для новых методов терапии. Термин «линия эмбриональных стволовых клеток» относится к ЭСК, которые в течение долгого времени (месяцев и лет) поддерживались в культуре в лабораторных условиях, при которых происходила пролиферация без дифференцировки. Есть несколько хороших источников базовой информации о стволовых клетках, хотя опубликованные обзорные статьи быстро устаревают. Один из полезных источников информации - сайт Национальных институтов здоровья США (National Institutes of Health (NIH), USA) .

Характеристики различных популяций стволовых клеток и молекулярные механизмы, которые поддерживают их уникальный статус, все еще изучаются. На данный момент выделяют два основных типа стволовых клеток - это взрослые и эмбриональные стволовые клетки. Выделим три важных особенности, которые отличают ЭСК от клеток других типов:

1. ЭСК экспрессируют такие факторы, связанные с плюрипотентными клетками, как Oct4, Sox2, Tert, Utfl и Rex1 (Carpenter and Bhatia 2004).

2. ЭСК - это неспециализированные клетки, которые могут дифференцироваться в клетки со специальными функциями.

3. ЭСК могут самообновляться путем многократных делений.

ЭСК поддерживаются in vitro в недифференцированном состоянии путем точного соблюдения определенных условий культивирования, которые включают присутствие препятствующего дифференцировке фактора ингибирования лейкемии LIF (leukemia inhibitory factor). Если LIF удалить из среды, ЭСК начинают дифференцироваться и образуют сложные структуры, которые называются эмбриональными телами и состоят из клеток различного типа, в том числе эндотелиальных, нервных, мышечных и гемопоэтических клеток - предшественников .

Отдельно остановимся на механизмах работы и регуляции стволовых клеток. Особые характеристики стволовых клеток определяются не одним геном, но целым их набором. Возможность идентификации этих генов непосредственно связана с разработкой метода культивирования эмбриональных стволовых клеток in vitro, а также с возможностью использования современных методов молекулярной биологии (в частности, использование фактора ингибирования лейкемии LIF).

В результате совместных исследований компаний Geron Corporation и Celera Genomics были созданы библиотеки кДНК недифференцированных ЭСК и частично дифференцированных клеток (кДНК получают путем синтеза на основе молекулы иРНК, комплиментарной молекулы ДНК при помощи фермента обратной транскриптазы). При анализе данных по секвенированию нуклеотидных последовательностей и экспрессии генов было выявлено более 600 генов, включение или выключение которых отличает недифференцированные клетки, и составлена картина молекулярных путей, по которым идет дифференцировка этих клеток.

В настоящее время принято отличать стволовые клетки по их поведению в культуре и по химическим маркерам на клеточной поверхности. Однако, гены, ответственные за проявление этих особенностей, в большинстве случаев остаются неизвестными. Тем не менее, проведенные исследования позволили выделить две группы генов, придающих стволовым клеткам их замечательные свойства. С одной стороны, свойства стволовых клеток проявляются в определенном микроокружении, известном как ниша стволовых клеток. При изучении этих клеток, которые окружают, питают и поддерживают стволовые клетки в недифференцированном состоянии, было обнаружено около 4000 генов. При этом указанные гены были активны в клетках микроокружения, и неактивны во всех других
клетках .

При исследовании зародышевых стволовых клеток яичников дрозофилы, была определена система сигналов между стволовыми клетками и специализированными клетками «ниши». Эта система сигналов определяет самообновление стволовых клеток и направление их дифференцировки. Регуляторные гены в клетках ниши дают инструкции генам стволовых клеток, определяющим дальнейший путь их развития. И те, и другие гены производят белки, действующие как переключатели, запускающие или останавливающие деление стволовых клеток. Было обнаружено, что взаимодействие между клетками ниши и стволовыми клетками, определяющее их судьбу, опосредованно тремя различными генами - piwi, pumilio (pum) и bam (bag of marbles). Показано, что для успешного самообновления зародышевых стволовых клеток должны быть активизированы гены piwi и pum, тогда как ген bam необходим для дифференцировки. Дальнейшие исследования показали, что ген piwi входит в группу генов, вовлеченных в развитие стволовых клеток различных организмов, принадлежащих как к животному, так и к растительному царствам. Гены, подобные piwi (они называются, в данном случае, MIWI и MILI), pum и bam, есть и у млекопитающих, в том числе и у людей. Основываясь на этих открытиях, авторы предполагают, что ген клеток ниши piwi, обеспечивает деление зародышевых клеток, и поддерживает их в недифференцированном состоянии, подавляя экспрессию гена bum .

Следует отметить, что база данных по генам, определяющим свойства стволовых клеток, постоянно пополняется. Полный каталог генов стволовых клеток может улучшит процесс их идентификации, а также прояснить механизмы функционирования этих клеток, что обеспечит получение дифференцированных клеток, необходимых для терапевтического применения, а также позволит получить новые возможности для разработки лекарств. Значение этих генов велико, так как они обеспечивают организму возможность сохранять себя и регенерировать ткани.

Здесь у читателя может возникнуть вопрос: «А насколько далеко продвинулись ученые в практическом применении этих знаний?». Используются ли они в медицине? Имеются ли перспективы дальнейшего развития у этих направлений? Чтобы ответить на эти вопросы, проведем небольшой обзор по научным разработкам в данном русле, как старым, чему не нужно удивляться, ведь исследования в области регенеративной медицины ведутся давно, минимум с начала 20 века, так и совсем новым, подчас весьма необычным и экзотическим.

Для начала отметим, что еще в 80-е годы 20 века в СССР в Институте эволюционной экологии и морфологии животных им. Северцева АН СССР, в лаборатории А.Н. Студицкого проводились эксперименты: измельченное мышечное волокно пересаживалось в поврежденный участок, которое впоследствии восстанавливаясь, заставляло регенерировать нервные ткани. Были сделаны сотни успешных операций на человеке.

В тоже время, в Институте кибернетики им. Глушкова в лаборатории профессора Л.С. Алеева был создан электростимулятор мышц - Меотон: импульс движения здорового человека усиливается прибором и направляется к пораженной мышце неподвижного больного. Мышца получает команду от мышцы и заставляет неподвижную сокращаться: эта программа записывается в память прибора и больной уже в дальнейшем может работать сам. Следует отметить, что эти разработки были сделаны уже несколько десятилетий назад. По всей видимости, именно эти процессы лежат в основе программы, самостоятельно и независимо разработанной и применяемой и поныне В.И. Дикулем . Подробнее об этих разработках можно ознакомиться в документальном фильме «Сотая загадка мышцы» Юрия Сенчукова, Центрнаучфильм, 1988.

Отдельно отметим, что еще в середине 20 века группой советских ученых, под руководством Л.В. Полежаева проводились исследования, с успешным практическим применением их результатов по регенерации костей свода черепа у животных и человека; область дефекта достигала до 20 квадратных сантиметров. Края пробоины засыпались измельченной костной тканью, что вызывало процесс регенерации, в ходе которого происходило восстановление поврежденных участков.

В связи с этим, уместно будет вспомнить и так называемый «Случай Спивака» - формирование гистольной фаланги пальца у шестидесятилетнего мужчины, при обработке обрубка компонентами внеклеточного матрикса (коктейль молекул), представлявшего собой порошок из мочевого пузыря свиньи (упоминание об этом было в еженедельной аналитической передаче «В центре событий» по государственному телеканалу ТВ Центр).

Так же, хотелось бы заострить внимание на таком повседневном и привычном объекте, как соль (NaCl). Широко известны лечебные свойства морского климата, мест, с высоким содержанием соли в воде и в воздухе, наподобие Мертвого моря в Израиле или Соль-Илецка в России, соляных шахт, широко применяемых в стационарах, санаториях и курортах по всему миру. Спортсмены и люди, ведущие активный образ жизни, хорошо знакомы и с соляными ванночками, применяемыми при лечении травм опорно-двигательного аппарата. В чем же секрет этих удивительных свойств обычной соли? Как обнаружили ученые из университета Тафтса (США), для процесса восстановления отрезанного или откушенного хвоста головастикам необходима поваренная соль. Если посыпать ею ранку, хвост отрастает быстрее даже в том случае, если уже успела образоваться рубцовая ткань (шрам). При наличии соли ампутированный хвост отрастает, а отсутствие ионов натрия блокирует этот процесс. Безусловно, следует порекомендовать воздержаться от безудержного потребления соли, в надежде ускорить процесс исцеления. Многочисленные исследования наглядно демонстрируют тот вред, который наносит организму чрезмерное употребление соли в пищу. По всей видимости, для запуска и ускорения процесса регенерации, ионы натрия должны поступать к поврежденным участкам иными путями .

Говоря о современной регенеративной медицине, обычно выделяют два основных направления. Приверженцы первого пути занимаются выращиванием органов и тканей отдельно от пациента или же на самом пациенте, но в другом месте (например, на спине), с дальнейшей их трансплантацией в поврежденный участок. Начальным этапом развития данного направления можно считать решение вопроса с кожей. Традиционно новая кожная ткань бралась у самих пациентов или у трупов, но сегодня кожа может выращиваться в огромных количествах. Сырой материал ненужной кожи берется у новорожденных младенцев. Если у младенца-мальчика делается обрезание, то из этого кусочка можно сделать огромное количество живой ткани. Крайне важно брать кожу для выращивания у новорожденных, клетки должны быть как можно моложе. Здесь может возникнуть закономерный вопрос: почему это так важно? Дело в том, что для удвоения ДНК в ходе деления клетки занятым этим ферментам высших организмов требуются особо устроенные концевые участки хромосом, теломеры. Именно к ним прикрепляется РНК-затравка, с которой на каждой из нитей двойной спирали ДНК начинается синтез второй нити. Однако при этом вторая нить получается короче первой на участок, который был занят как раз РНК-затравкой. Теломера укорачивается, пока не становится такой маленькой, что РНК-затравка уже не может к ней прикрепиться, и циклы клеточного деления останавливаются. Другими словами, чем моложе клетка, тем большее количество делений произойдет прежде, чем сама возможность этих делений исчезнет. В частности, еще в 1961 году американский геронтолог Л. Хейфлик установил, что «в пробирке» клетки кожи - фибропласты, могут делиться не более 50 раз. Из одной же крайней плоти можно вырастить 6 футбольных полей кожной ткани (примерная площадь - 42840 квадратных метров) .

В дальнейшем был разработан специальный пластик, разлагаемый микроорганизмами. Из него был изготовлен имплантант на спине мыши: пластиковый каркас, отлитый в форме человеческого уха, покрытый живыми клетками. Клетки в процессе роста прилипают к волокнам и принимают необходимую форму. Со временем клетки начинают доминировать и формировать новую ткань (например, хрящ ушной раковины). Другой вариант данного метода: имплантант на спине пациента, представляющий собой каркас необходимы формы, засеивается стволовыми клетками определенной ткани. Через некоторое время этот фрагмент удаляется со спины и имплантируется на место.

В случае с внутренними органами, состоящими из нескольких слоев клеток разного типа, приходится использовать несколько иные методы. Первым внутренним органом был выращен и впоследствии успешно имплантирован мочевой пузырь. Это орган, испытывающий огромные механические нагрузки: через мочевой пузырь в течение жизни проходит около 40 тысяч литров мочи. Состоит он из трех слоев: внешний - соединительная ткань, средний - мышечная, внутренний - слизистая оболочка. Полный мочевой пузырь содержит примерно 1 литр мочи и имеет форму надутого воздушного шара. Для его выращивания был изготовлен каркас полного мочевого пузыря, на который слой за слоем высеивали живые клетки. Это был первый орган, целиком выращенный из живых тканей.

Тот же пластик, о котором упоминалось чуть выше, был использован для восстановления поврежденного спинного мозга у лабораторных мышей. Принцип здесь был тот же: волокна пластика сворачивали в жгут и высеивали на него эмбриональные нервные клетки. В результате разрыв закрывался новой тканью, и происходило полное восстановление всех моторных функций. Достаточно полный обзор приводится в документальном фильме ВВС «Сверхчеловек. Самоисцеление».

Справедливости ради отметим, что сам факт возможности полного восстановления моторных функций после тяжелейших травм, вплоть до полного перерыва спинного мозга, помимо одиночек-энтузиастов, наподобие В.И. Дикуля, был доказан и российскими учеными. Ими же был предложен эффективный метод реабилитации таких людей. Несмотря на фантастичность подобного заявления, хотелось бы отметить, что анализируя высказывания корифеев научной мысли, мы можем сделать вывод, что в науке нет и быть не может никаких аксиом, есть лишь теории, которые всегда могут быть изменены или опровергнуты. Если теория противоречит фактам, то ошибочна теория, и ее надо менять. Эта простая истина, к сожалению, очень часто игнорируется, и базовый принцип науки: «Сомневайся во всем» - приобретает сугубо односторонний характер - лишь по отношению к новому. В результате, новейшие методики, которые могут помочь тысячам и сотням тысяч людей, вынуждены годами пробиваться через глухую стену: «Это невозможно, потому что невозможно в принципе». Чтобы проиллюстрировать сказанное выше и показать, как далеко и как давно вперед зашла наука, приведу небольшой отрывок из книги Н.П. Бехтеревой «Магия мозга и лабиринты жизни», одного из тех специалистов, кто стоял у истоков разработки данного метода. «Передо мной на каталке лежал синеглазый парень 18-20 лет (Ч-ко), с копной темно-каштановых, почти черных волос. «Согни ногу, ну подтяни к себе. А теперь - выпрями. Другую, - командовал руководитель группы стимуляции спинного мозга, неформальный лидер. Как трудно, как медленно двигались ноги! Какого огромного напряжения это стоило больному! А всем нам так хотелось помочь! И все-таки ноги двигались, двигались по приказу: врача, самого больного - неважно, важно - по приказу. А на операции спинной мозг в области D9-D11 буквально вычерпывали ложками. После афганской пули, которая прошла через спинной мозг больного, это было месиво. Афганистан сделал молодого красавца озлобленным зверьком. И все-таки после стимуляции проведенной по методу, предложенному тем же неформальным лидером С.В. Медведевым, многое изменилось в висцеральных функциях.

А чего нельзя? Нельзя ставить крест на больном лишь потому, что в учебники еще не вошло все, что могут сегодня специалисты. Те же врачи, которые принимали больного и все видели, удивлялись: «Ну, помилуйте, товарищи ученые, конечно, у вас там наука, но ведь полный перерыв спинного мозга, о чем можно говорить?!» Вот так. Видели и не видели. Есть научный фильм, все заснято.

Чем раньше после поражения мозга начинается стимуляция, тем более вероятен эффект. Однако даже в случаях давних травм многое удается и узнать, и сделать.

Другому больном электроды вводились в верхний и нижний по отношению к перерыву участка спинного мозга. Травма была давняя, и никого из нас не удивило, что электромиелограмма (электрическая активность спинного мозга) с электродов ниже перерыва не писалась, линии были совершенно прямые, как если бы прибор не был включен. И вдруг (!) - нет, не совсем вдруг, но похоже на «вдруг», так как это произошло после нескольких сессий электрических стимуляций, - электромиелограмма с электродов ниже полного, давнего (6 лет) перерыва стала появляться, усиливаться и наконец, достигла характеристик электрической активности выше перерыва! Это совпало с клиническим улучшением состояния тазовых функций, что, естественно, очень порадовало не только врачей, но и больного, в остальном психологически и физически неплохо адаптировавшегося к своему трагическому настоящему и будущему. Трудно было рассчитывать на большее. Мышцы ног атрофировались, больной передвигался на каталке, все, что могли, взяли на себя его руки. Но и здесь, в развивающихся позитивных и негативных событиях, дело не обошлось без изменений спинномозговой жидкости. Взятая у больного из участка ниже перерыва, она отравляла клетки в культуре, была цитотоксической. После стимуляции цитотоксичность исчезла. Что же было со спинным мозгом ниже перерыва до стимуляции? Судя по приведенному оживлению, он (мозг) не умер. Скорее - спал, но спал как бы под наркозом токсинов, спал «мертвым» сном - ни активности бодрствования, ни активности сна в электроэнцефалограмме не было» .

В этом же направлении имеются и более экзотичные пути, наподобие трехмерного биопринтера, созданного в Австралии, который уже печатает кожу, и в ближайшем будущем, по заверениям разработчиков, сможет печатать и целые органы. В основу его работы заложен тот же принцип, что и в описанном случае создания мочевого пузыря: высеивание живых клеток слой за слоем .

Второе направление регенеративной медицины можно условно обозначить одной фразой: «Зачем выращивать новое, если можно починить старое?». Главной задачей приверженцы данного направления считают восстановление поврежденных участков силами самого организма, используя его резервы, скрытые возможности (стоит вспомнить начало данной статьи) и определенные вмешательства извне, в основном в виде поставки дополнительных ресурсов и строительного материала для репарации.

Возможных вариантов здесь также большое количество. Для начала, следует отметить, что по некоторым оценкам, в каждом органе от рождения есть запас резервных стволовых клеток примерно в 30 %, которые расходуются в процессе жизни. В соответствии с этим, по мнению некоторых геронтологов, видовой предел жизни человека составляет 110-120 лет. Следовательно, биологический резерв жизни человека 30-40 лет, а учитывая российские реалии эти цифры можно увеличить до 50-60 лет. Другой вопрос, что современные условия жизни не способствуют этому: крайне плачевное, и с каждым годом все более ухудшающееся состояние экологии; сильные, и что еще более важно постоянные стрессы; огромные психические, интеллектуальные и физические нагрузки; удручающее на местах состояние медицины, в частности российской; направленность фармацевтики не на помощь людям, а на получение сверхприбыли и многое другое, полностью изнашивают человеческий организм к тому моменту, когда по идее должен наступать самый расцвет наших сил и возможностей. Тем не менее, данный резерв может сильно помочь при восстановлении после травм и лечении серьезных заболеваний, особенно в младенческом и детском возрасте .

Эван Снайдер, невропатолог в детской больнице Бостона (США) длительное время занимался изучением процесса восстановления детей и младенцев после различных травм головного мозга. В результате исследований им были отмечены мощнейшие возможности исцеления нервных тканей у своих юных пациентов. Для примера приведем случай с восьмимесячным младенцем, перенесшим обширный инсульт. Уже через три недели после инцидента у него наблюдалась лишь небольшая слабость левых конечностей, а через три месяца - зафиксировано полное отсутствие каких-либо патологий. Специфические клетки, обнаруженные Снайдерем при изучении мозговых тканей, были названы им нервными стволовыми клетками или эмбриональными клетками мозга (ЭКМ). В дальнейшем проводились успешные эксперименты по введению ЭКМ мышам, страдающим тремором. После инъекций происходило распространение клеток по ткани мозга и наступало полное исцеление .

Относительно недавно, в США, в Институте Регенеративной медицины, в штате Северная Каролина, группе исследователей под руководством Джерими Лоранс, удалось заставить биться сердце мыши, умершей за 4 дня до этого. Другие ученые, в разных странах по всему миру, пытаются, и порой весьма успешно, запустить механизмы регенерации с помощью клеток, выделяемых из раковой опухоли. Здесь следует отметить, что теломеры, уже упомянутые выше, у половых и раковых клеток в процессе деления не укорачиваются (если говорить точнее, то дело здесь в особом ферменте - теломеразе, который и достраивает укороченные теломеры), что делает их практически бессмертными. Поэтому столь неожиданный поворот в истории с онкозаболеваниями имеет под собой абсолютно рациональное начало (упоминание об этом было в еженедельной аналитической передаче «В центре событий» по государственному телеканалу ТВ Центр).

Отдельно выделим создание гемобанков по сбору пуповинной крови новорожденных, являющейся одним из наиболее перспективных источников стволовых клеток. Известно, что пуповинная кровь богата гемопоэтическими стволовыми клетками (ГСК). Характерной особенностью полученных из пуповинной крови СК является их значительно большее, чем у взрослых СК сходство с клетками из эмбриональных тканей по таким параметрам, как биологический возраст и способность к размножению. Пуповинная кровь, полученная из плаценты сразу после рождения ребенка, богата СК с большими пролиферативными возможностями, чем у клеток, полученных из костного мозга или периферической крови. Подобно любому продукту крови, СК пуповинной крови нуждаются в инфраструктуре для их сбора, хранения и установления пригодности для трансплантации. Пуповина пережимается через 30 секунд после рождения ребенка, плацента и пуповина отделяются, и пуповинную кровь собирают в специальный пакет. В образце должно быть не менее 40 мл, чтобы его можно было использовать. Кровь типируется по HLA и культивируется. Незрелые клетки человеческой пуповинной крови с высокой способностью к пролиферации, размножению вне организма и выживанию после трансплантации могут храниться замороженными более 45 лет, затем после оттаивания они с большой вероятностью сохраняют эффективность при клинической трансплантации. Банки пуповинной крови существуют по всему миру, только в США их более 30 и еще много частных банков. Национальные институты здоровья США спонсируют программу изучения трансплантации пуповинной крови. В Нью-Йоркском центре крови есть программа плацентарной крови, и своя программа исследований есть у Национального регистра доноров костного мозга .

Главным образом, данное направление активно развивается в США, Западной Европе, Японии и Австралии. В России данный лишь набирает обороты, наиболее известен гемобанк Института Общей Генетики (Москва). Каждый год число трансплантаций возрастает, и около трети пациентов в настоящее время составляют взрослые. Около двух третей трансплантаций проводится больным лейкемией, и около четверти - пациентам с генетическими болезнями. Частные банки пуповинной крови предлагают свои услуги супружеским парам, ожидающим рождения ребенка. Они сохраняют пуповинную кровь для использования ее в будущем самим донором или членами его семьи. Общественные банки пуповинной крови обеспечивают ресурсы для трансплантации от неродственных доноров. Пуповинная кровь и кровь матери типируются по HLA-антигенам, проверяется на отсутствие инфекционных заболеваний, определяется группа крови и эта информация сохраняется в истории болезни матери и семьи.

В настоящее время активные исследования ведутся в области размножения стволовых клеток, содержащихся в единице пуповинной крови, что позволит использовать ее для более крупных пациентов и даст более быстрое приживление стволовых клеток. Размножение СК пуповинной крови происходит при использовании факторов роста и питания. Разработанная компанией ViaCell Inc. технология, называющаяся Selective Amplification, позволяет увеличить популяцию СК пуповиной крови в среднем в 43 раза. Ученые из ViaCell и университета Дюссельдорфа в Германии (University of Duesseldorf) описали новую, действительно плюрипотентную популяцию клеток человеческой пуповинной крови, которую они назвали USSCs - unrestricted somatic stem cells - неограниченно делящиеся соматические СК (Kogler et al 2004). Как in vitro, так in vivo, USSCs демонстрировали гомогенную дифференцировку в остеобласты, хондробласты, адипоциты и нейроны, экспрессирующие нейрофиламенты, белки каналов натрия и различные фенотипы нейротрансмиттеров. Хотя эти клетки еще не применялись в клеточной терапии людей, USSCs из пуповинной крови могут восстанавливать различные органы, в том числе головной мозг, кость, хрящ, печень и сердце .

Другой важной областью исследований является изучение способности СК пуповинной крови к дифференцировке в клетки различных тканей, помимо гемопоэтической, и установление соответствующих линий СК. Исследователи из университета Южной Флориды (University of South Florida (USF, Tampa,FL)) использовали ретиноевую кислоту, чтобы заставить СК пуповинной крови дифференцироваться в нервные клетки, что было продемонстрировано на генетическом уровне анализом строения ДНК. Эти результаты показали возможность использования этих клеток для лечения нейродегенеративных болезней. Пуповинная кровь для этой работы была предоставлена родителями ребенка; она была обработана в оснащенной на современном уровне лаборатории CRYO-CELL и фракционированные замороженные клетки были переданы ученым USF. Пуповинная кровь оказалась источником гораздо более разнообразных клеток-предшественников, чем считалось раньше. Она может быть использована для лечения нейродегенеративных болезней, в том числе в сочетании с генотерапией, травм и генетических болезней. В ближайшем будущем станет возможным при рождении детей с генетическими дефектами собирать их пуповинную кровь, методами генной инженерии исправлять дефект и возвращать эту кровь ребенку.

Помимо собственно пуповинной крови имеется возможность использовать как источник мезенхимальных стволовых клеток и периваскулярные клетки пуповины. Ученые из Института биоматериалов и биомедицинской инженерии Университета Торонто (Institute of Biomaterialis and Biomedical Engineering of the University of Toronto (Toronto, Canada)) обнаружили, что желеобразная соединительная ткань, окружающая кровеносные сосуды пуповины богата мезенхимальными стволовыми клетками - предшественниками и может быть использована для получения их в большом количестве за короткое время. Периваскулярные (окружающие сосуды) клетки часто отбрасываются, поскольку основное внимание обычно бывает сосредоточенно на пуповинной крови, в которой мезенхимальные СК встречаются с частотой всего лишь одна на 200 миллионов. Но этот источник клеток-предшественников, позволяющий их размножать, может в значительной степени усовершенствовать трансплантации костного мозга.

Параллельно ведутся исследования уже найденных и поиск новых путей получения взрослых человеческих СК. В их число входят: молочные зубы, головной мозг, молочные железы, жир, печень, поджелудочная железа, кожа, селезенка или более экзотический источник - СК нейрального креста из взрослых волосяных фолликулов. У каждого их этих источников есть свои преимущества и свои недостатки .

В то время как продолжаются споры об этических и терапевтических возможностях эмбриональных и взрослых СК, была открыта третья группа клеток, играющих ключевую роль в развитии организма и способных к дифференцировке в клетки всех основных типов тканей. VENT (ventrally emigrating neural tube) клетки представляют собой уникальные мультипотентные клетки, которые отделяются от нервной трубки на ранних этапах эмбрионального развития, после того как трубка замыкается и формирует головной мозг (Dickinson et al 2004). VENT-клетки затем двигаются по нервным путям, в конечном итоге оказываясь впереди нервов и рассеиваются по всему организму. Они двигаются вместе с черепно-мозговыми нервами к определенным тканям и рассеиваются в этих тканях, дифференцируясь в клетки основных четырех типов тканей - нервной, мышечной, соединительной и эпителия. Если VENT-клетки играют роль в формировании всех тканей, возможно, прежде всего в формировании связей ЦНС с другими тканями - принимая во внимание то, как эти клетки двигаются впереди нервов, как если бы показывали им дорогу. Нервы могут направляться по определенным знакам, оставшимся после дифференцировки VENT-клеток. Эта работа была выполнена на эмбрионах кур, уток и перепелов, и планируется повторить ее на мышиной модели, дающей возможности подробных генетических исследований. Эти клетки могут быть использованы для выделения человеческих клеточных линий .

Другим, передовым и наиболее перспективным направлением является наномедицина. Несмотря на то, что политики обратили свое пристальное внимание на все, что имеет в составе своих названий частицу «нано», лишь несколько лет назад, данное направление появилось уже довольно давно и уже были достигнуты определенные успехи. Большинство экспертов полагают, что именно эти методы станут основополагающими в 21 веке. Американский Национальный институт здоровья включил наномедицину в пятерку самых приоритетных областей развития медицины в 21 веке, а Национальный институт рака США собирается применять достижения наномедицины при лечении рака. Роберт Фрайтос (США), один из основоположников теории наномедицины, дает такое определение: «Наномедицина - это наука и техника диагностики, лечения и профилактики заболеваний и травматизма, уменьшение боли, а также сохранение и улучшение здоровья человека при помощи молекулярных технических средств и научных знаний о молекулярной структуре человеческого организма». Классик в области нанотехнологических разработок и предсказаний Эрик Дрекслер называет основные постулаты наномедицины:

1) не травмировать ткани механически;

2) не поражать здоровые клетки;

3) не вызывать побочных эффектов;

4) лекарства должны самостоятельно:

Чувствовать;

Планировать;

Действовать.

Наиболее экзотическим вариантом являются так называемые нанороботы. Среди проектов будущих медицинских нанороботов уже существует внутренняя классификация на макрофагоциты, респироциты, клоттоциты, васкулоиды и другие. Все они являются по сути искусственными клетками, в основном иммунитета или крови человека. Соответственно, их функциональное предназначение напрямую зависит от того, какие клетки они замещают. Помимо медицинских нанороботов, существующих пока только в головах ученых и отдельных проектов, в мире уже созданы ряд технологий для наномедицинской отрасли. К ним относятся: адресная доставка лекарств к больным клеткам, диагностика заболеваний с помощью квантовых точек, лаборатории на чипе, новые бактерицидные средства .

Как пример, приведем разработки израильских ученых в области лечения аутоиммунных заболеваний. Объектом их исследований стал белок матриксная металлопептидаза 9 (MMP9), участвующий в формировании и поддержании внеклеточного матрикса - тканевых структур, служащих каркасом, на котором развиваются клетки. Этот матрикс обеспечивает и транспорт различных химических веществ - от питательных до сигнальных молекул. Он стимулирует рост и пролиферацию клеток на месте повреждений. Но формирующие его белки, и прежде всего ММР9, выходя из-под контроля тормозящих их активность белков - эндогенных ингибиторов металлопротеиназ (TIMPS), могут становиться причинами развития некоторых аутоиммунных расстройств.

Исследователи занялись вопросом о том, как же можно «усмирить» эти белки, чтобы пресечь аутоиммунные процессы прямо в источнике. До сих пор, решая эту задачу, ученые концентрировались на поиске химических средств, избирательно блокирующих работу MMPS. Однако такой подход имеет серьезные ограничения и тяжелые побочные эффекты - и биологи из группы Ирит Саги решили подойти к проблеме с иной стороны. Они решили синтезировать такую молекулу, которая, будучи введенной в организм, стимулировала бы иммунную систему к выработке антител, сходных с белками TIMPS. Такой существенно более тонкий подход обеспечивает высочайшую точность: антитела будут атаковать MMPS на много порядков избирательнее и эффективнее, чем любые химические соединения.

И ученым это удалось: они синтезировали искусственный аналог активного сайта белка MMPS9: ион цинка, скоординированный тремя гистидиновыми остатками. Его инъекция лабораторным мышам приводила к выработке антител, действующих ровно в той же манере, в какой работают белки TIMPS: блокируя вход в активный сайт .

В мире наблюдается бум вложений в наноотрасли. Большая часть инвестиций в наноразработки приходится на США, ЕС, Японию и Китай. Количество научных публикаций, патентов и журналов непрерывно растет. Существуют прогнозы создания уже к 2015 году товаров и услуг на $1 трлн., включая и образование до 2 миллионов рабочих мест.

В России Министерство образования и науки создало Межведомственный научно-технический совет по проблеме нанотехнологий и наноматериалов, деятельность которого направлена на сохранение технологического паритета в будущем мире. Для развития нанотехнологий в целом и наномедицины в частности. Готовится принятие федеральной целевой программы по их развитию. Данная программа будет включать подготовку целого ряда специалистов в длительной перспективе.

Достижения наномедицины станут доступны по разным оценкам только через 40-50 лет. Сам Эрик Дрекслер называет цифру в 20-30 лет. Но учитывая масштаб работы в данной области и количество вкладываемых в нее денег, все больше аналитиков сдвигают первоначальные оценки на 10-15 лет в сторону уменьшения .

Самое интересное, что такие лекарства уже есть, они созданы более 30 лет назад в СССР. Толчком к исследованиям в данном направлении было обнаружение эффекта преждевременного старения организма, широко наблюдавшегося у военных, особенно в ракетно-стратегических войсках, у экипажей атомных подводных ракетоносцев, летчиков боевой авиации. Выражается этот эффект, в преждевременном разрушении иммунной, эндокринной, нервной, сердечнососудистой, половой систем, зрения. В его основе лежит процесс подавления синтеза белка. Главный вопрос, стоявший перед советскими учеными: «Как восстановить полноценный синтез?». Изначально был создан препарат «Тимолин», сделанный на основе пептидов, выделенных из тимуса молодых животных. Он был первым в мире препаратом иммунной системы. Здесь мы видим тот же принцип, что был положен в основу процесса добывания инсулина, на начальных этапах разработки методов лечения сахарного диабета. Но на этом исследователи отдела структурной биологии Института Биоорганической химии, возглавляемые Владимиром Хавинсоном, не остановились. В лаборатории ядерного магнитного резонанса были определены пространственные и химические структуры молекулы пептида из тимуса. На основании полученной информации, был разработан метод синтеза коротких пептидов, которые обладают заданными свойствами, аналогичными природным. Результат - создание серии лекарственных препаратов, названных цитогенами (другие возможные названия: биорегуляторы или синтетические пептиды; указано в таблице).

Список цитогенов

При проведении Санкт-Петербургским институтом биорегуляции и геронтологии экспериментов на мышах и крысах (прием цитогенов начинался со второй половины жизни), наблюдалось увеличение жизни на 30-40 %. В дальнейшем проводилось обследование и постоянный мониторинг состояния здоровья у 300 пожилых людей, жителей Киева и Санкт-Петербурга, принимавших цитогены курсами два раза в год. Данные об их самочувствии сверялись с данными статистики по региону. У них наблюдалось снижение смертности в 2 раза и общее улучшение самочувствия и качества жизни. В целом, за 20 лет использования биорегуляторов через терапевтические мероприятия прошли более 15 миллионов человек. Эффективность применения синтетических пептидов была стабильно высокая, и, что еще более важно, не было зафиксировано ни одного случая побочной или аллергической реакции. Лаборатория получила Премии Совета Министров СССР, авторы - внеочередные научные звания, степени докторов наук и картбланш в научной работе. Все сделанные работы были защищены патентами, как в СССР, так и за рубежом. Опубликованные в зарубежных научных журналах результаты, полученные советскими учеными, опровергали всемирно признанные нормы и пределы, что неизбежно вызвало сомнения экспертов. Проверки в национальном Институте старения США подтвердили высокую эффективность цитогенов. В опытах наблюдалось увеличение числа делений клеток при добавлении синтетических пептидов по сравнению с контролем на 42,5 %. Почему эта линейка препаратов до сих пор не выведена на международный рынок продаж, учитывая отсутствие зарубежных аналогов, причем этот приоритет временный, большой вопрос. Возможно, его стоит задать руководству РосНано, которое в настоящий момент курирует все разработки в области нанотехнологий. Подробнее об этих разработках можно узнать в документальном фильме «Прозрение. Наномедицина и видовой предел человека» Владислава Быкова, киностудии «Просвет», Россия, 2009.

Подводя итоги, мы можем убедиться, что регенерация человека является реальностью наших дней. Уже получены множество данных, разрушающих закоренелые стереотипы, утвердившиеся в общественном мнении. Разработаны множество различных методик, обеспечивающих исцеление от заболеваний, ранее считавшихся неизлечимыми, в силу их дегенеративных свойств, и успешное и полноценное восстановление поврежденных или даже полностью утраченных органов и тканей. Постоянно ведется «шлифовка» прежних и поиск все новых и новых путей и способов решения сложнейших задач регенеративной медицины. Всё, что наработано уже сейчас порой поражает наше воображение, сметая все наши привычные представления о мире, о нас самих, о наших возможностях. При этом стоит осознавать, что описанное в данной статье лишь малая часть научных знаний, наработанных к данному моменту. Работа ведется постоянно, и вполне возможно, что какие-либо факты, приведенные здесь, на момент выхода статьи будут уже устаревшими или же вовсе неактуальными и даже ошибочными, как это часто бывало в истории науки: то, что на какой-то момент считалось непреложной истиной, уже через год могло оказаться заблуждением. В любом случае, факты, приведенные в статье, внушают надежду на светлое, счастливое будущее.

Список литературы

1. Популярная механика [Электронный ресурс]: электронная версия, 2002-2011 - Режим доступа: http://www.popmech.ru/ (20 ноября 2011 - 15 февраля 2012).
2. Сайт Национальных институтов здоровья США (National Institutes of Health (NIH), USA) [Электронный ресурс]: официальный сайт НИЗ США, 2011 - Режим доступа: http://stemcells.nih.gov/info/health/asp. (20 ноября 2011 - 15 февраля 2012).
3. База знаний по биологии человека [Электронный ресурс]: Разработка и реализация БЗ: доктор биологических наук, профессор Александров А.А., 2004-2011 - Режим доступа: http://humbio.ru/ (20 ноября 2011 - 15 февраля 2012).
4. Центр медико-биологических технологий [Электронный ресурс]: офиц. Сайт - М., 2005. - Режим доступа: http://www.cmbt.su/eng/about/ (20 ноября 2011 - 15 февраля 2012).
5. 60 упражнений Валентина Дикуля + Методы активизации внутренних резервов человека = ваше 100 % здоровье / Иван Кузнецов - М.: АСТ; СПб.: Сова, 2009. - 160 с.
6. Наука и жизнь: ежемесячный научно-популярный журнал, 2011. - №4. - С. 69.
7. Коммерческая биотехнология [Электронный ресурс]: интернет-журнал - Режим доступа: http://www.cbio.ru/ (20 ноября 2011 - 15 февраля 2012).
8. Фонд «Вечная молодость» [Электронный ресурс]: научно-популярный портал, 2009 - Режим доступа: http://www.vechnayamolodost.ru/ (20 ноября 2011- 15 февраля 2012).
9. Магия мозга и лабиринты жизни / Н.П. Бехтерева. - 2-е изд., доп. - М.: АСТ; СПб.: Сова, 2009. - 383 с.
10. Нанотехнологии и наноматериалы [Электронный ресурс]: федеральный интернет-портал, 2011 - Режим доступа: http://www.portalnano.ru/read/tezaurus/definitions/nanomedicine (20 ноября 2011 - 15 февраля 2012).

Библиографическая ссылка

. РЕГЕНЕРАТРОН

. ИСКУСТВЕННЫЕ ОРГАНЫ

Определение понятия «РЕГЕНЕРАЦИЯ»

Регенерация — процесс восстановления организмом утраченных или поврежденных структур. Регенерация поддерживает строение и функции организма, его целостность.

Владимир Никитич Ярыгин, (1942-2013), советский и российский биолог, академик РАМН, доктор медицинских наук, профессор, член президиума РАМН

Основной идеолог регенеративной медицины в России.

Регенерация — замещение различных структур (от частей клеток до крупных частей тела) после естественного изнашивания или случайной утраты.

Брюс Карлсон (Bruce M. Carlson), почетный профессор анатомии и клеточной биологии в Университете штата Мичиган

Ранее он занимал должность председателя кафедры анатомии и клеточной биологии в Медицинской школе и был также директором Института геронтологии.

Регенерация — процесс вторичного развития органов, вызванный повреждением того или иного рода.

Воронцова Мария Александровна (1902-1956), профессор, доктор биологических наук, заведующая лабораторией роста и развития института экспериментальной биологии АМН СССР

Положила начало изучению в СССР регенерации внутренних органов у млекопитающих. Создала регуляционную теорию индивидуального развития организма.

Галина Павловна Короткова (1925-2012), эмбриолог, доктор биологических наук, профессор кафедры эмбриологии Санкт-Петербургского государственного университета

Регенерация - это восстановительный морфогенез (развитие), имеющий всегда многоуровневый характер и варьирующий по своим механизмам в зависимости от специфики, степени и локализации повреждения, а также от стадии индивидуального развития и сложности организации особи или колонии.

Лев Владимирович Полежаев (1910-2000), биолог,доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник-консультант Института общей генетики РАН

Регенерация — есть явление восстановления утраченной части организма - органа, ткани или клетки. При регенерации всегда восстанавливается форма, структура, но не всегда функция органа.

Наблюдал процессы регенерации у червей, гидр, морских звёзд, улиток, раков, земноводных. Утверждал, что регенерация — это одна из форм приспособления некоторых видов животных к неблагоприятным воздействиям внешней среды. Как правило, лучше всего регенерируют органы, которые чаще подвергаются утрате в природных условиях.

Одной из уникальных приспособительных реакций является способность к автотомии органов. Автотомия—отделение от тела и отбрасывание самим животным какого-либо своего органа. Автотомия служит животному для защиты от нападения: теряя отдельный орган или его часть, животное спасает жизнь. Потерянные органы часто восстанавливаются.

Так, например, самый известный пример — ящерица, убегающая от хищника и отбрасывающая свой хвост.

Отрыв хвоста — очень сложный способ защиты. Сам процесс отрыва напрямую зависит от размеров ящерицы. Крупные и медлительные животные отбрасывают большую часть хвоста, по сравнению с мелкими и быстрыми видами. Отбрасывание хвоста —контролируется полушариями мозга, и ящерица способна самостоятельно принять решение, когда это делать.У большинства хвостов есть поперечные зоны разрыва на хрящиках позвоночника, мышцах и связках. В случае опасности, когда ящерицу хватают за хвостик, кольцевые мышцы в этой зоне сокращаются и разрываются. При этом мускулы не только разрывают хвост, но и сразу перетягивают кровеносные сосуды, не допуская потери крови. При отбрасывании хвоста, происходит конвульсивное автоматическое сокращение мышц. Хвост отскакивает в сторону, отвлекая хищника.

Помимо аутотомии хвоста у некоторых ящериц, в частности у сцинковых гекконов, может наблюдаться и гораздо менее известный процесс — аутотомия кожных покровов. Схваченная ящерица начинает быстро вращаться вокруг оси тела, при этом лоскут кожи в тех местах, за которые ее схватили, легко отрываются, и животное убегает. Интересно, что и в этом случае кровотечения почти нет, а утраченная кожа вскоре восстанавливаются без образования рубца.

Мало известно, что хвост могут отбрасывать и некоторые виды змей (полосатая неродия, северная неродия, бурая неродия, флоридская неродия, ромбическая неродия, обыкновенная подвязочная змея, восточная ленточная змея, западная свинорылая змея, полосатый азиатский уж, уж-рыболов, антилофис). Хвост, как у ящериц, начинает конвульсивно извиваться и скакать. У змей хвост отрастает достаточно быстро, требуется около 4 месяцев, причем регенерат хвоста по размерам и окраске практически не отличается от отброшенного.

Осьминоги — уникальные животные, могут достигать больших размеров, например, гигантский осьминог Дофлейна достигает длины 960 см и массы до 270 кг. Имеют довольно большой мозг, интеллект осьминога сравним с интеллектом домашней кошки. Он обладает, обонянием, эмоциями и имеет хорошую память. Осьминог, чтобы сохранить жизнь, резким сокращением мускулов (мышцы щупальца в этот момент начинают спазматически сокращаться и разрываются) может отрывать своё щупальце оставив его врагу. Рана в течение нескольких дней заживают, а конечность, которая по длине иногда превышает несколько метров, способна отрасти заново. Причем, осьминог может оторвать щупальцу в любом месте по своему усмотрению.

Некоторые виды иглокожих обладают уникальной разновидностью автотомии — эвисцерацией . Например, их представитель — голотурия, или морской огурец (виды, употребляемые в пищу, носят общее название «трепанг»), в ответ на сильное раздражение самопроизвольно отбрасывают некоторые свои внутренние органы наружу (через анальное или ротовое отверстие) частично или целиком: кишку, водные легкие или Кювьеровы органы, в виде длинных полых нитей (назначение последнихеще не до конца выяснено).

Надо отметить, что длина тела голотурий варьирует от 3 см до 1-2 метров, хотя один из их видов — Synaptamaculata может достигать 5 м. Все выброшенные органы через некоторое время отрастают заново.

Группа биологов под руководством Эшли Сейферта обнаружила, что африканские иглистые мыши видов Acomyskempi и Acomyspercivali умеют сбрасывать кожу при спасении от хищника и обладают уникальной способностью ее регенерировать.

Эшли Сейферт (Ashley W. Seifert) ассистент профессора, департамент биологии, Университета Кентуки, США.http://www.
ashleyseifert.com

Американские ученые исследовали механические свойства кожи этих мышей. Оказалось, что кожа иглистых мышей была очень непрочной - она в 20 раз хуже выдерживала растяжение, чем кожа обычных мышей, и разрываласьпри 77-и кратном меньшемусилии. При этом на теле мышей не было зон с относительно низкой или высокой прочностью кожи - кожа легко отрывалась в любой точке тела. Высокая хрупкость кожного покрова этих уникальных мышей компенсируется удивительной способностью к его регенерации. Раны зарастают новой кожей с полноценными волосяными луковицами и другими компонентами без шрамов, и эта новообразованная кожа ничем не отличаются по своей структуре от нормальной. Для проверки этой способности своих подопечных ученые провели еще один опыт — они вырезали в ушной раковине у мышей сквозное отверстие и проследили за его восстановлением. К удивлению биологов, все ткани уха, кроме мышечной, успешно восстановились.

Разновидностью автотомии является сброс рогов у оленей, маралов и лосей. Одной из главных причин отсутствия заметных проявлений регенерационной способности у млекопитающих считают их «высокоорганизованность». Однако регенерация рогов делает такое предположение абсолютно несостоятельным. Рога достаточно сложно организованный орган, напоминающий строение конечностей. В основе рогов у этой группы животных — губчатая кость, покрытая кожей с короткими густыми волосами ("вельвет"), рога пронизаны крупными кровеносными сосудами. Рост рогов поражает своей скоростью. Например, у благородного оленя (Cervuselaphus), она может достигать 1 см в сутки.А у более крупных оленевых рост рогов идет еще быстрее. У лосей, самых крупных представителей семейства, рога могут достигать в длину 129,5 сантиметра и расти со скоростью 2,75 сантиметра в день.

Рост новых рогов у лосей на юге начинается в апреле, на севере — в мае и продолжается 2-2,5 месяца до конца июня — начала июля. Вес пары рогов у крупных лосей-быков может достигать 30 кг, расстояние между крайними отростками — до 1,5 м. Этот феномен реге-нерации органа демонстрирует абсолютную несостоятельность утверждения, что большие по размеру части тела либо вообще не могут регенерировать, либо для этого потребуется слишком много времени.

Регенерация - это процесс восстановления повреждения. Этот процесс лежит в основе восстановления повреждения органелл и клеток. Поэтому в зависимости от уровня регенерации выделяют внутриклеточную и клеточную регенерацию.

При повреждении отдельной клетки хорошо восстанавливаются, например, митохондрии. Если же повреждаются многие клетки, то восстановление возможно за счет размножения клеток. Однако в ходе эволюции эта способность к размножению сформировалась неодинаково у различных клеток.

Механизмы регенерации связывают с нарушением контактного ингибирования снижением количества кейлонов в клетках и образованием специальных химических веществ - трефонов, стимулирующих размножение клеток. Кейлоны обычно вызывают ингибирование пролиферации. При повреждении клеток количество кейлонов в них уменьшается, и они приобретают способность к размножению.

Хорошо регенерируют эпителий, эндотелий сосудов, фибробласты, клетки костного мозга, лимфоидных узлов, костные клетки, надкостница, могут регенерировать печеночные клетки, клетки эндокринных желез, эпителий канальцев почек.

Ограниченная регенераторная способность характерна для мио- фибрилл клеток скелетных, гладких мышц.

Практически не регенерируют нервные клетки. Регенерация возможна, если повреждены аксоны нервной клетки (нервы), но этот процесс идет очень медленно. Такой вариант возможен, т.е. дистальный конец нерва (например, после травмы или перерезки) регенерирует. Если нейролемма совмещена с отделом роста аксона в дистальном направлении, регенерация идет со скоростью 20 мм в неделю.

В связи с тем, что в поврежденном участке восстановление идет не за счет специализированных клеток, а за счет эпителиальных, эндотелиальных, фибробластов, восстановление часто идет с образованием соединительнотканного, а при повреждении нервных клеток - глиального рубца. Поэтому в мышцах, нервной ткани, да и в

других органах восстановление (заживление) поврежденного участка происходит за счет формирования рубца.

Г ипертрофия и гиперплазия

Гиперплазия является составным элементом гипертрофии и характеризуется увеличением числа структурных элементов клетки, например, михотондрий, лизосом, эндоплазматического ретикулума и т.д. Г ипертрофия (hyper - увеличение, trophe - питаю) характеризуется не только увеличением внутриклеточных органелл, самой клетки, но и органа в целом. В зависимости от происхождения она подразделяется на физиологическую и патологическую. Физиологическая гипертрофия наблюдается у спортсменов (гипертрофия поперечно-полосатых мышц и сердца), беременных и рожениц (гипертрофия матки и молочных желез). Патологическая гипертрофия возникает при повреждении клеток органа или увеличении функциональной нагрузки, например, гипертрофия сердца (при инфаркте миокарда), парного органа (удаление почки, легкого).

В основе механизма гипертрофии лежит дефицит энергии с последующей активацией генетического аппарата клетки. Вследствие этого усиливается синтез белка, возникает гиперплазия митохондрий и улучшение образования макроэргов, с дальнейшим усилением синтетических процессов в клетках органа.

Атрофия - это такой процесс в клетке, который характеризуется уменьшением размеров не только всех ее органелл, но и самой клетки, что обычно связано с недостатком питательных веществ, уменьшением функциональной нагрузки и регуляторных влияний.

По происхождению она подразделяется на физиологическую и патологическую.

Физиологическая атрофия наблюдается с возрастом в различных тканях и органах человека (коже, слизистых, половых железах и т.д.). В условиях патологии атрофия наблюдается при голодании (в жировых и мышечных клетках), при периферическом (атрофическом) параличе, в периферических железах внутренней секреции при дефиците тиротропина, кортикотропина, гонадотропинов. Атрофия мышц развивается также при гиподинамии (например, она возможна у космонавтов) или у обездвиженных больных. Кроме того, она формируется при перерезке двигательного нерва (периферический паралич).

Таким образом, в классическом виде патологическая атрофия развивается при дефиците питательных веществ, ограничении движения, денервации, нарушении регуляции периферических желез. К этому следует добавить, что если атрофия может рассматриваться как компенсаторный процесс в выше указанных условиях на уровне клетки, то на органном, системном и организменном уровне она является фактором повреждения и вызывает серьезные расстройства.

Итак, в результате непосредственного действия повреждающего фактора или вовлечения вышеуказанных общих механизмов повреждения нарушается структура клетки. Основными морфологическими признаками повреждения являются: дистрофия, дисплазия, нарушение строения внутриклеточных органелл, некробиоз и некроз. Одновременно с этим меняется и функция клетки. Например, снижается фагоцитарная активность лейкоцитов, изменяется потенциал покоя и действия, что может проявляться изменением электрокардиограммы, миограммы, энцефалограммы и т.д.

Дистрофия (dis - расстройство, trophe - питаю) - процесс, возникающий в клетках и тканях, в основе которого лежит нарушение питания клеток, характеризуется количественными и качественными изменениями обменных процессов.

Основу дистрофии любого происхождения составляют расстройства регуляции питания (трофики) клетки. В зависимости от характера нарушения обмена выделяют следующие дистрофии: белковые, углеводные, жировые и минеральные. Дистрофические процессы могут происходить как в специализированных клеточных элементах паренхимы, так и в строме. В зависимости от распространенности дистрофии могут быть местными или системными.

Белковая дистрофия связана с избыточным накоплением белка в клетках или межклеточном веществе. Накопление белка в паренхиме может проявляться образованием зернистости, капель гиалина, вакуолей. В мезенхиме это проявляется слизистым отеком, фибриноидными изменениями, фибринолизом, накоплением гиалина и амилоида. Например, при амилоидной дистрофии, которая возникает при хроническом воспалении или моноклональной пролиферации плазматических клеток, при опухолях эндокринных желез с избыточной секрецией, например, кальцитонина, инсулина. Обычно в этих случаях могут накапливаться амилоид А или Л.

Поражаются, как правило, все ткани и органы, но особенно почки, желудочно-кишечный тракт и сердце. Причем амилоид накапливается вокруг капилляров и по ходу мышечных волокон, в базальной мембране канальцев почек. За счет механического давления возникает атрофия клеток (канальцев, кардиомиоцитов), повышается проницаемость капилляров. Вследствие этого в почках за счет повышенной проницаемости капилляров и нарушения реабсорбции с мочой теряется большое количество белка, в желудочно-кишечном тракте нарушается всасывание. Поэтому развивается диарея с потерей большого количества жидкости, питательных веществ и электролитов. В кардиомиоцитах происходит сморщивание и нарушение их сократительной способности. Таким образом, амилоидоз в свою очередь является важнейшим звеном дальнейшего повреждения клетки.

Смешанные формы белковых дистрофий связаны с накоплением таких сложных продуктов, как гемосидерин, меланин, билирубин, нуклеопротеин, гликопротеин. Такие дистрофии развиваются при гемолизе эритроцитов, желтухах, подагре. Например, меланин является пигментом и в норме обнаруживается в коже, радужной оболочке глаза, надпочечниках. Образуется он меланоцитами, захватывается эпителиальными клетками, и они становятся темнее.

Разрушается меланин меланофорами, которые фагоцитируют его. Накопление меланина в клетках может носить локальный характер, например, при опухолях типа меланомы или при беременности, когда появляются пигментные пятна на лице. Возможен генерализованный характер пигментации, например, при ультрафиолетовом облучении или первичной недостаточности надпочечников. Механизм таких системных изменений обусловлен избыточной секрецией меланотропина гипофиза, который стимулирует меланоциты.

Жировая дистрофия или липидоз. Характеризуется изменением количества нейтрального жира. Это, как правило, проявляется увеличением (ожирение) или уменьшением (исхудание, кахексия) количества жира не только в жировых депо, но и других органах. Местное истощение жировой ткани (липодистрофия) наблюдается в зоне подкожного введения инсулина, при атрофии органа.

Особенно часто нарушение липидного обмена, как и белкового, встречается в таких органах, как почки, сердце, печень. В старческом возрасте, при диабете, системном ожирении жировая дистрофия развивается в клетках эндотелия сосудов (атеросклероз, где липиды откладываются в интиме, образуя бляшку, которая подвергается фибро з у) .

Углеводная дистрофия связана с нарушением обмена сложных углеводов типа поли -, мукополисахаридов, гликопротеидов.

В классическом варианте этот вид дистрофии связан с изменением количества такого полисахарида, как гликоген. Содержание его в клетках может увеличиваться при т.н. наследственных энзимопатиях, когда из-за нарушения образования ферментов (например, глю- козо-6-фосфатазы) гликоген откладывается в клетке, но не может быть мобилизован. Эти дистрофические изменения получили названия гликогенозов. Они, как правило, характеризуются резким увеличением печени и почек и снижением количества глюкозы в крови.

С другой стороны, при голодании, сахарном диабете содержание гликогена в клетках резко уменьшается. Содержание гликопротеидов в виде муцинов возрастает в клетке при недостатке гормонов щитовидной железы. Большое накопление муцинов ведет к слизистому отеку, одному из наиболее характерных проявлений микседемы.

Минеральные дистрофии связаны с нарушением обмена железа, меди, калия, кальция. Накопление в клетках этих минералов (железа, меди, калия, кальция) наблюдаем при гемосидерозе, гепато- церебральной дистрофии, кальцинозе, кортикостероидной недостаточности.

Потеря кальция клетками костной ткани - основа остеопороза.

Дисплазия (dis - расстройство, plaseo - образую). Это такое нарушение клетки, в основе которого лежит нарушение ее генома, следствием которого является стойкое изменение структуры и функции клетки. На первый план выступает нарушение дифференцировки клетки. Поэтому как структура, так и функция такой клетки отличается от материнской. Дисплазия наиболее характерна для опухолевых клеток, которые в ходе опухолевой прогрессии (селекции) изменяют размеры, форму, количество органелл, активируются биохимические процессы. Такие клетки, размножаясь, способны инфильтрировать здоровые ткани и метастазировать. Нарушения внутриклеточных органелл могут проявляться в изменении их структуры, количества и, следовательно, их функциональной активности.

Некроз. В результате прямого действия разрушающего фактора на мембрану клетки или же при незначительном изменении ее проницаемости в первую очередь в клетку входят ионы натрия и кальция, вода, и она набухает. Набухание отмечается и со стороны внутриклеточных органелл с последующим разрывом их мембран, дезинтеграцией и гибелью клетки. Гибель части клеток органа или ткани в живом организме получила название некроза. При этом активированные ферменты и калий поступают в кровеносное русло и могут использоваться как диагностический тест.

Различают две разновидности некроза:

1. Коагуляционный.

2. Колликвационный.

Коагуляционный некроз связан с прекращением притока крови (инфаркт) и микроскопически характеризуется изменениями ядра типа кариолизиса или кариорексиса, цитоплазмы, которая вследствие коагуляции белка становится непрозрачной. В зависимости от характера нарушения кровообращения (ишемия или венозная гиперемия) инфаркт получил название ишемического или венозного (застойного).

Колликвационный некроз возникает в органах, содержащих большое количество жидкости, наличие которой способствует активации лизосомальных ферментов, которые лизируют компоненты клетки с полным нарушением ее структуры, в результате чего некротизированный участок подвергается размягчению. Классическим примером такого некроза является абсцесс, некроз кишечника, клеток мозга.

Если клетки после некроза подвергаются самоперевариванию под действием активированных ферментов, такой процесс получил название аутолиза. Они могут также резорбироваться под влиянием фагоцитарной активности лейкоцитов.

Осложнением некроза является гангрена, при которой некротизированный участок подвергается мумификации или воздействию микроорганизмов, вызывающих гниение. При этом в последнем случае образуются неприятно пахнущие газы, а участок гангрены становится черным вследствие распада гемоглобина. Г ангрена обычно развивается на фоне нарушенного кровообращения, (например, при диабете на стопе; в кишечнике при его завороте или инвагинации). При инфицировании специальным организмом возникает газовая гангрена.

Если погибают только отдельные клетки, окруженные здоровыми, это явление получило название некробиоз. При этом за счет активных метаболических процессов в клетке возникает деструкция ядра, цитоплазмы и даже клеточная дезинтеграция. Рядом лежащие клетки фагоцитируют продукты распада. Это физиологический процесс, и поэтому воспаление не развивается. В условиях патологии такое явление наблюдается при атрофии и в опухолях.

Содержание статьи

РЕГЕНЕРАЦИЯ, восстановление организмом утраченных частей на той или иной стадии жизненного цикла. Регенерация обычно происходит в случае повреждения или утраты какого-нибудь органа или части организма. Однако помимо этого в каждом организме на протяжении всей его жизни постоянно идут процессы восстановления и обновления. У человека, например, постоянно обновляется наружный слой кожи. Птицы периодически сбрасывают перья и отращивают новые, а млекопитающие сменяют шерстный покров. У листопадных деревьев листья ежегодно опадают и заменяются свежими. Такую регенерацию, обычно не связанную с повреждениями или утратой, называют физиологической. Регенерацию, происходящую после повреждения или утраты какой-либо части тела, называют репаративной. Здесь мы рассмотрим только репаративную регенерацию.

Репаративная регенерация может быть типичной или атипичной. При типичной регенерации утраченная часть замещается путем развития точно такой же части. Причиной утраты может быть внешнее воздействие (например, ампутация), или же животное намеренно отрывает часть своего тела (аутотомия), как ящерица, обламывающая часть своего хвоста, спасаясь от врага. При атипичной регенерации утраченная часть замещается структурой, отличающейся от первоначальной количественно или качественно. У регенерировавшей конечности головастика число пальцев может оказаться меньше исходного, а у креветки вместо ампутированного глаза может вырасти антенна.

РЕГЕНЕРАЦИЯ У ЖИВОТНЫХ

Способность к регенерации широко распространена среди животных. Вообще говоря, низшие животные чаще способны к регенерации, чем более сложные высокоорганизованные формы. Так, среди беспозвоночных гораздо больше видов, способных восстанавливать утраченные органы, чем среди позвоночных, но только у некоторых из них возможна регенерация целой особи из небольшого ее фрагмента. Тем не менее общее правило о снижении способности к регенерации с повышением сложности организма нельзя считать абсолютным. Такие примитивные животные, как гребневики и коловратки, практически не способны к регенерации, а у гораздо более сложных ракообразных и амфибий эта способность хорошо выражена; известны и другие исключения. Некоторые близкородственные животные сильно различаются в этом отношении. Так, у дождевого червя из небольшого кусочка тела может полностью регенерировать новая особь, тогда как пиявки неспособны восстановить один утраченный орган. У хвостатых амфибий на месте ампутированной конечности образуется новая, а у лягушки культя просто заживает и никакого нового роста не происходит.

Многие беспозвоночные способны к регенерации значительной части тела. У губок, гидроидных полипов, плоских, ленточных и кольчатых червей, мшанок, иглокожих и оболочников из небольшого фрагмента тела может регенерировать целый организм. Особенно примечательна способность к регенерации у губок. Если тело взрослой губки продавить через сетчатую ткань, то все клетки отделятся друг от друга, как просеянные сквозь сито. Если затем поместить все эти отдельные клетки в воду и осторожно, тщательно перемешать, полностью разрушив все связи между ними, то спустя некоторое время они начинают постепенно сближаться и воссоединяются, образуя целую губку, сходную с прежней. В этом участвует своего рода «узнавание» на клеточном уровне, о чем свидетельствует следующий эксперимент. Губки трех разных видов разделяли описанным способом на отдельные клетки и как следует перемешивали. При этом обнаружилось, что клетки каждого вида способны «узнавать» в общей массе клетки своего вида и воссоединяются только с ними, так что в результате образовалась не одна, а три новых губки, подобные трем исходным.

Ленточный червь, длина которого во много раз превышает его ширину, способен воссоздать целую особь из любого участка своего тела. Теоретически возможно, разрезав одного червя на 200 000 кусочков, получить из него в результате регенерации 200 000 новых червей. Из одного луча морской звезды может регенерировать целая звезда.

Моллюски, членистоногие и позвоночные не способны регенерировать целую особь из одного фрагмента, однако у многих из них происходит восстановление утраченного органа. Некоторые в случае необходимости прибегают к аутотомии. Птицы и млекопитающие как эволюционно наиболее продвинутые животные меньше других способны к регенерации. У птиц возможно замещение перьев и некоторых частей клюва. Млекопитающие могут восстанавливать покров, когти и частично печень; они способны также к заживлению ран, а олени – к отращиванию новых рогов взамен сброшенных.

Процессы регенерации.

В регенерации у животных участвуют два процесса: эпиморфоз и морфаллаксис. При эпиморфической регенерации утраченная часть тела восстанавливается за счет активности недифференцированных клеток. Эти клетки, похожие на эмбриональные, накапливаются под пораненным эпидермисом у поверхности разреза, где они образуют зачаток, или бластему. Клетки бластемы постепенно размножаются и превращаются в ткани нового органа или части тела. При морфаллаксисе другие ткани тела или органа непосредственно преобразуются в структуры недостающей части. У гидроидных полипов регенерация происходит главным образом путем морфаллаксиса, а у планарий в ней одновременно участвуют и эпиморфоз, и морфаллаксис.

Регенерация путем образования бластемы широко распространена у беспозвоночных и играет особенно важную роль в регенерации органов у амфибий. Существует две теории происхождения бластемных клеток: 1) клетки бластемы происходят из «резервных клеток», т.е. клеток, оставшихся неиспользованными в процессе эмбрионального развития и распределившихся по разным органам тела; 2) ткани, целостность которых была нарушена при ампутации, «дедифференцируются» в области разреза, т.е. дезинтегрируются и превращаются в отдельные бластемные клетки. Таким образом, согласно теории «резервных клеток», бластема образуется из клеток, остававшихся эмбриональными, которые мигрируют из разных участков тела и скапливаются у поверхности разреза, а согласно теории «дедифференцированной ткани», бластемные клетки происходят из клеток поврежденных тканей.

В подтверждение как одной, так и другой теории имеется достаточно данных. Например, у планарий резервные клетки более чувствительны к рентгеновским лучам, чем клетки дифференцированной ткани; поэтому их можно разрушить, строго дозируя облучение, чтобы не повредить нормальные ткани планарии. Облученные таким образом особи выживают, но утрачивают способность к регенерации. Однако если только переднюю половину тела планарии подвергнуть облучению, а затем разрезать, то регенерация происходит, хотя и с некоторой задержкой. Задержка свидетельствует о том, что бластема образуется из резервных клеток, мигрирующих на поверхность разреза из необлученной половины тела. Миграцию этих резервных клеток по облученной части тела можно наблюдать под микроскопом.

Сходные эксперименты показали, что у тритона регенерация конечностей происходит за счет бластемных клеток местного происхождения, т.е. за счет дедифференцировки поврежденных тканей культи. Если, например, облучить всю личинку тритона, за исключением, скажем, правой передней конечности, а затем ампутировать эту конечность на уровне предплечья, то у животного отрастает новая передняя конечность. Очевидно, что необходимые для этого бластемные клетки поступают именно из культи передней конечности, так как все остальное тело подверглось облучению. Более того, регенерация происходит даже в том случае, если облучают всю личинку, за исключением участка шириной 1 мм на правой передней лапке, а затем последнюю ампутируют, производя разрез через этот необлученный участок. В этом случае совершенно очевидно, что бластемные клетки поступают с поверхности разреза, поскольку все тело, включая правую переднюю лапку, было лишено способности к регенерации.

Описанные процессы анализировали с применением современных методов. Электронный микроскоп позволяет наблюдать изменения в поврежденных и регенерирующих тканях во всех деталях. Созданы красители, выявляющие определенные химические вещества, содержащиеся в клетках и тканях. Гистохимические методы (с применением красителей) дают возможность судить о биохимических процессах, происходящих при регенерации органов и тканей.

Полярность.

Одна из самых загадочных проблем в биологии – происхождение полярности у организмов. Из шаровидного яйца лягушки развивается головастик, у которого с самого начала на одном конце тела находится голова с головным мозгом, глазами и ртом, а на другом – хвост. Подобным же образом, если разрезать тело планарии на отдельные фрагменты, на одном конце каждого фрагмента развивается голова, а на другой – хвост. При этом голова всегда образуется на переднем конце фрагмента. Эксперименты ясно показывают, что у планарии существует градиент метаболической (биохимической) активности, проходящий по передне-задней оси ее тела; при этом наивысшей активностью обладает самый передний конец тела, а в направлении к заднему концу активность постепенно снижается. У любого животного голова всегда образуется на том конце фрагмента, где метаболическая активность выше. Если направление градиента метаболической активности в изолированном фрагменте планарии изменить на противоположное, то и формирование головы произойдет на противоположном конце фрагмента. Градиент метаболической активности в теле планарий отражает существование какого-то более важного физико-химического градиента, природа которого пока неизвестна.

В регенерирующей конечности тритона полярность новообразуемой структуры, по-видимому, определяется сохранившейся культей. По причинам, которые еще остаются неясными, в регенерирующем органе формируются только структуры, расположенные дистальнее раневой поверхности, а те, что расположены проксимальнее (ближе к телу), не регенерируют никогда. Так, если ампутировать кисть тритона, а оставшуюся часть передней конечности вставить обрезанным концом в стенку тела и дать этому дистальному (отдаленному от тела) концу прижиться на новом, необычном для него месте, то последующая перерезка этой верхней конечности вблизи плеча (освобождающая ее от связи с плечом) приводит к регенерации конечности с полным набором дистальных структур. У такой конечности имеются на момент перерезки следующие части (начиная с запястья, слившегося со стенкой тела): запястье, предплечье, локоть и дистальная половина плеча; затем, в результате регенерации, появляются: еще одна дистальная половина плеча, локоть, предплечье, запястье и кисть. Таким образом, инвертированная (перевернутая) конечность регенерировала все части, расположенные дистальнее раневой поверхности. Это поразительное явление указывает на то, что ткани культи (в данном случае культи конечности) контролируют регенерацию органа. Задача дальнейших исследований – выяснить, какие именно факторы контролируют этот процесс, что стимулирует регенерацию и что заставляет клетки, обеспечивающие регенерацию, скапливаться на раневой поверхности. Некоторые ученые полагают, что поврежденные ткани выделяют какой-то химический «раневой фактор». Однако выделить химическое вещество, специфичное для ран, пока не удалось.

РЕГЕНЕРАЦИЯ У РАСТЕНИЙ

Широкое распространение регенерации в царстве растений обусловлено сохранением у них меристем (тканей, состоящих из делящихся клеток) и недифференцированных тканей. В большинстве случаев регенерация у растений – это, в сущности, одна из форм вегетативного размножения. Так, на кончике нормального стебля имеется верхушечная почка, обеспечивающая непрерывное образование новых листьев и рост стебля в длину в течение всей жизни данного растения. Если отрезать эту почку и поддерживать ее во влажном состоянии, то из имеющихся в ней паренхимных клеток или из каллуса, образующегося на поверхности среза, часто развиваются новые корни; почка при этом продолжает расти и дает начало новому растению. То же самое происходит в природе, когда отламывается ветка. Плети и столоны разделяются в результате отмирания старых участков (междоузлий). Таким же образом разделяются корневища ириса, волчьей стопы или папоротников, образуя новые растения. Обычно клубни, например клубни картофеля, продолжают жить после отмирания подземного стебля, на котором они выросли; с наступлением нового вегетационного периода они могут дать начало собственным корням и побегам. У луковичных растений, например у гиацинтов или тюльпанов, побеги формируются у основания чешуй луковицы и могут в свою очередь образовывать новые луковицы, которые в конечном счете дают корни и цветоносные стебли, т.е. становятся самостоятельными растениями. У некоторых лилейных воздушные луковички образуются в пазухах листьев, а у ряда папоротников на листьях вырастают выводковые почки; в какой-то момент они опадают на землю и возобновляют рост.

Корни менее способны к образованию новых частей, чем стебли. Клубню георгина для этого необходима почка, образующаяся у основания стебля; однако батат может дать начало новому растению из почки, образуемой корневой шишкой.

Листья тоже способны к регенерации. У некоторых видов папоротников, например у кривокучника (Camptosorus ), листья сильно вытянуты и имеют вид длинных волосовидных образований, заканчивающихся меристемой. Из этой меристемы развивается зародыш с зачаточными стеблем, корнями и листьями; если кончик листа родительского растения наклонится вниз и соприкоснется с землей или мхом, зачаток начинает расти. Новое растение отделяется от родительского после истощения этого волосовидного образования. Листья суккулентного комнатного растения каланхое несут по краям хорошо развитые растеньица, которые легко отпадают. Новые побеги и корни формируются на поверхности листьев бегонии. Специальные тельца, называемые зародышевыми почками, развиваются на листьях некоторых плауновых (Lycopodium) и печеночников (Marchantia); упав на землю, они укореняются и образуют новые зрелые растения.

Способность живых организмов к регенерации органов является одной из многих таинственных загадок биологии, которую человек уже давно пытается разгадать. Еще в 2005 году всем известный журнал Science опубликовал список 25 самых важных проблем науки, в которую входит проблема раскрытия загадки регенерации органов .

Пётр Гаряев. ‹Совершенно секретно» Биология молодости

Стволовые клетки – основа регенерации

В настоящее время ученым так и не удалось до конца понять - почему же одни живеые существа, лишаясь конечности, могут быстро ее восстановить, а другие лишены такой возможности. Весь на определенном этапе развития организм знает, как это сделать, но этот этап очень короткий – срок, начинающийся и сразу заканчивающийся, когда эмбрион только начинает развиваться. В настоящее время ученые всего мира пытаются найти ответ на вопрос: можно ли разбудить это «ценное» воспоминание в мозгу взрослого человека и заставить его снова работать.

Некоторые специалисты в сфере регенеративной медицины считают, что данную функцию регенерации можно восстановить с помощью . Данные клетки в организме взрослого человека содержатся в очень маленьком количестве и располагаются в нижнем отделе позвоночника рядом с коренным узлом. Это уникальные клетки, с их помощью зарождался, а затем строился и развивался организм будущего маленького человечка.

Первые восемь клеток, образовавшиеся в результате зачатия, оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом – это первородные стволовые клетки. Ученые выяснили, чтобы активизировать воспроизводство данных стволовых клеток нужно запустить особое вихревое поле (Мерка-ба) . Именно оно будет стимулировать активное производство стволовых клеток. При активном производстве клеток организм человека начнет регенерацию. Это и есть заветная мечта ученых регенеративной медицины.

Повреждение спинного мозга, любого органа или конечности делают из здорового активного человека инвалида на всю оставшуюся жизнь. Полностью разгадав загадку регенерации органов, ученые смогут научиться помогать таким людям, «отращивая» новые здоровые органы. Также процесс регенерации способен значительно увеличить продолжительность жизни.

Регенерация органов и тканей: как это происходит?

Целительная иммунная система саламандры

Пытаясь раскрыть тайну , ученые пристально наблюдали за организмами, которые обладают данными способностями: головастики , ящерицы , моллюски , все ракообразные , амфибии , креветки .

Особенно из данной группы ученые выделяют саламандру . Данная особь способна регенерировать, и не один раз, головной и спинной , сердце, конечности и хвост. Именно данное земноводное специалисты в области регенеративной медицины всего мира считают идеальным образцом способности регенерации.

Данный процесс у саламандры очень точный. Она может восстановить конечность полностью, но если потеряна лишь часть, то восстанавливается именно та потерянная часть. В настоящий момент точно не известно сколько же раз саламандра может восстанавливаться. Стоит отметить, что отращенная в очередной раз конечность без патологий и отклонений. Секрет данного земноводного – иммунная система , именно она помогает восстановлению органов.

Ученые очень внимательно изучают данную иммунную систему на предмет копирования методики восстановления, но уже для человеческого организма. Но пока копирование не получается, несмотря на большое количество исследований саламандры. Лишь ученые Австралийского института регенеративной медицины заявляют, что, скорее всего им удалось обнаружить основополагающий фактор способности регенерирования саламандры.

• Они утверждают, что в основе данной способности лежат клетки иммунной системы, которые предназначены для переваривания умерших клеток, грибков, бактерий, которые отторгнул организм. Ученые долго экспериментировали на саламандрах, живущих в лаборатории. Они искусственно очищали организм земноводных, тем самым «выключая» регенеративные способности. В результате на ранах просто образовывался рубец аналогичный человеческому рубцу, который появляется после серьезных травм;
• Специалисты считают, что именно клетки иммунной системы создают особые химические вещества, которые создают основу регенеративного процесса. Скорее всего, химическое вещество воспроизводится непосредственно на поврежденном участке и начинает его активно восстанавливать;
• Недавно австралийские ученые заявили, что готовят долгосрочное исследование иммунной системы человека и саламандры. Благодаря современной аппаратуре и высокому профессионализму ученых, скорее всего, в ближайшие годы будет выявлено, что именно помогает быстрой регенерации земноводных;
• Также, попутно может быть сделано открытие в сфере косметологии, протезирования и трансплантологии относительно эффективного избавления от рубцов. Данная проблема также много лет не может решиться;
• К сожалению, ни одно не обладает способностью к регенерации органов. Способность человека к регенерации можно активировать, лишь добавив в организм определенные специальные компоненты.

Исследования регенерации у млекопитающих

Однако есть специалисты, которые после долгих исследований и экспериментов, утверждают, что млекопитающие могут регенерировать кончик пальца. Данные выводы они сделали, работая с мышами . Но, степень регенерации очень ограничена. Если сравнивать лапку мыши и палец человека, то возможно отрастить утраченный фрагмент, не доходящий до места кутикулы. Если даже на миллиметр больше, то процесс регенерации уже невозможен.

Есть данные, что сообщество ученых их Японии и США смогли «разбудить» стволовые клетки мыши и отрастили большую часть конечности, равную длине среднего человеческого пальца. Они выяснили, что стволовые клетки расположены по всему телу млекопитаемого, они размножаются и становятся теми клетками, которые в данный момент наиболее нужны организму для благополучного функционирования.

Заключение

Ученые всего мира настойчиво работают, чтобы узнать с помощью чего организм человека может регенерировать органы. Если все же специалисты научатся «будить» стволовые клетки, то это будет одно из самых величайших открытий человечества. Данные знания сильно повлияют на работу абсолютно всех областей клинической медицины, позволив «заменять», в прямом смысле этого слова, негодные, мертвые органы на здоровые и эффективно восстанавливать поврежденные ткани.

В настоящее время все исследования и эксперименты проходят с обязательным участием млекопитающих и земноводных.