Всі живі істоти на Землі мають різні унікальні можливості: птиці бачать магнітні лінії та ультрафіолетові промені, метелик здатний вловити запах за кілометри, дельфіни мають проникаючий зір. Знаючи, в яких непростих умовах може опинитися будь-яка жива істота, природа кожного наділила здатністю до регенерації.
Термін «регенерація» був запропонований французьким вченим Реомюром в 1712 році, який вивчав відновлення втрачених ніг річкового раку. Слово «регенерація» походить від латинського «regeneratio», де «re» – приставка, що означає заново, а корінь «gen» – рід, народження. У сучасній науці під регенерацією розуміється процес відновлення організмом втрачених або пошкоджених тканин і органів або відновлення організму з якоїсь його частини.
Чому ж можлива регенерація?
Як відомо, організм людини це складне створення, що складається з незліченної кількості клітин. І кожен вид клітин значно відрізняється один від одного. Не дивлячись на те, що все наше тіло спочатку з’явилося лише з єдиної заплідненої яйцеклітини, вже до моменту виходу з утроби матері відмінності в спеціалізації клітин (диференціюванні) просто величезні.
Досить порівняти без’ядерний еритроцит, нейрон з величезним аксоном, замуровані остеоцити кісткової тканини, клітини сітківки з фоторецепторами або клітини багатошарового епітелію шкіри, що ороговів. Кожна з них посвячує своє життя виконанню якоїсь певної функції на благо спільної справи. Проте де позитивне, там і негативне: чим вище спеціалізація клітини, тим нижче за її можливість власного відтворення. Тому регенерація здійснюється не за рахунок високоспеціалізованих клітин.
Для цього у нас є стволові клітини і різні клітини попередники, які зараз користуються неослабною увагою вчених. Вони є якимись праотцями всієї останньої популяції. З них і може сформуватися або будь-яка клітина, або клітина певної тканини. Це своєрідний резерв. Основна функція цих клітин – ділення і подальша спеціалізація в складніші види. Такі клітини розкидані по всьому організму, для того, щоб у разі потреби швидко заповнити втрати.
Регенерація у живих істот може проходити на органному, тканинному, клітинному і субклітинному рівні. Проте чим складніше і більш організована жива істота, тим нижче рівень її можливостей по самовідновленню. Наприклад, гідра, якщо її розділити на сотні частин, здатна відновиться з кожної частини, утворивши 100 нових гідр. Саламандра – розвиненіша істота, може без проблем відновити втрачену кінцівку. А коли справа доходить до людини, про можливість появи нової кінцівки замість втраченої не доводитися навіть говорити.
Регенерація у людини
Таких здібностей у нас немає. Проте все-таки регенерація у нас протікає постійно. На зміну пошкодженим клітинам або клітинам, що завершили свій життєвий цикл, в нашому організмі безперервно приходять нові: еритроцити змінюються кожні 120 днів, клітини епітелію шкіри або слизових оболонок ще швидше. Такий тип регенерації називається фізіологічним.
Різні клітини людини мають неоднакові здатності до відновлення. Регенераційні можливості тканин знаходяться залежно від складності виконуваних функцій і специалізірованності. Наприклад, на відміну від епітеліальних клітин або клітин сполучних тканин, міоцити м’язів регенерують не так добре. Клітини нервової тканини (нейрони) теж повільно відновлюються: зростання нервового волокна відбувається дуже повільно – 1-2 мм на добу. В основному спеціалізовані клітини здібні до внутріклітинної регенерації і можуть відроджувати свої органели. Новий головний мозок не виросте, але всередині нейрона може відбуватися самовідновлення, тобто регенерація здійснюється на субклітинному рівні.
У разі пошкодження або значного руйнування органів, швидкість регенерації виявляється недостатньою. Не вдається повністю відтворити колишній орган за швидкий час. Тоді інтенсивний розвиток сполучної тканини створює на цьому місці рубець замість колишніх клітин. Це нагадує шрами при глибоких порізах або при важких випадках алкогольного гепатиту. Коли при постійній тривалій інтоксикації клітини печінки відмирають, на їх місці розвивається сполучна тканина, яка вже не може виконувати специфічної функції печінкових гепатоцитів, – розвивається цироз і печінкова недостатність.
Виростити кінцівку – немає проблем
Загоєння і механізми регенерації весь час цікавлять вчених. Останнім часом особливою увагою науки вдостоїлися саламандри, чиї лапи можуть відростати знову і знову незліченну кількість разів за лічені тижні. Виявилось, що первинні реакції відновлення після глибоких ран і масивних пошкоджень у людини і саламандри протікають майже однаково. Проте з часом тварини отримують повноцінну кінцівку, а людина грубий рубець із сполучної тканини. У чому справа?
Відомо, що відновлення тканини починається з появи бластеми – пухлиноподібного скупчення клітин, зони посиленого зростання і розвитку. Зовсім недавно біологи вважали, що клітини бластеми саламандр плюрипотентні й можуть розвинутися в будь-яку спеціалізовану клітину: клітину шкіри, м’язову або нервову тканину. Таким чином, механізм розвитку і зростання нової тканини, на думку вчених, вельми сильно відрізнявся від людського процесу регенерації.
Проте результати останніх експериментів учених з Німеччини і США, які опублікували статтю в «Nature», довели, що це не так. Виявляються, клітини бластеми саламандр не ідентичні, хоча схожі. Ці клітини-попередники пам’ятають від яких клітин вони походять, і яку тканину мають формувати. Вони навіть пам’ятають своє місце розташування і мігрують у відповідну ділянку.
Це відкриття заставляє по-новому поглянути на процеси регенерації, оскільки в цьому випадку відзнаки в регенеративних процесах людини і саламандри відрізняються лише швидкістю протікання, а не механізмами. Учені заявляють, що «саламандри не роблять щось набагато складніше, ніж здатні робити стволові клітини людини». Проте все-таки залишається незрозумілим, чому можливості регенерації людини і земноводних відрізняються?
З двох лих вибирають менше
Нове припущення надійшло з Філадельфії, де в лабораторії вчені працювали з мишами, що мали дефекти імунної системи. Виявилось, що будь-які рани у них гояться зі швидкістю, що нагадує регенерацію земноводних. Проте миші, як ссавці, в принципі не мають таких особливостей. Провівши серію експериментів, дослідники зробили припущення, що інтенсивна регенерація у ссавців властива лише тваринам із знищеними Т-клітинами імунної системи.
Таке припущення підкріплюється фактом повної відсутності в земноводних якої-небудь імунної системи. Мабуть, тоді імунна система стримує прискорене зростання клітин при відновних процесах. Учені пішли далі і висунули свою версію розвитку цих систем: імунна система і регенерація – дві різні захисні системи. Ймовірно, високі регенераційні здібності виявляються несумісні з імунним захистом, тому піддаються забороні. І дійсно, навіщо вміти швидко відрощувати кінцівки, якщо не зможеш захиститися від вірусів, бактерій або раку.
Звичайно, всі таїнства регенерації до кінця ще не вирішені та вимагають додаткових досліджень. Проте недавні відкриття все ж проливають світло на цей загадковий процес.
