Odkryli oni, że ta płaz wywołuje reakcję systemową, która przygotowuje odległe tkanki do szybkiej regeneracji. Jak można wykorzystać to zjawisko do ulepszenia metod leczenia w medycyny przyszłości?
Axolotl, gad z Meksyku, znany jest na całym świecie ze swojej niezwykłej zdolności do odrastania nóg, ogona, części serca, a nawet fragmentów mózgu.
Grupa naukowców pod kierownictwem Uniwersytetu Harvarda w Stanach Zjednoczonych odkryła, w jaki sposób zwierzę to aktywuje komórki macierzyste w całym organizmie, aby odbudować pełnoprawne kończyny.
Odkrycie to zaskakuje społeczność naukową i budzi nadzieję na przyszłość medycyny.
„Bardzo się cieszę, że mogę przedstawić wyniki pracy naszego laboratorium i naszych kolegów, w trakcie której odkryliśmy, że aksolotle wykorzystują sygnały adrenaliny do regeneracji kończyn” — powiedziała biolog-regenerator i kierownik badań Jessica Weid.
„Mamy nadzieję, że w przyszłości będziemy mogli przenieść nasze odkrycia na ssaki, w tym ludzi”. Teraz wiedzą, że utrata kończyny wywołuje reakcję aktywacyjną w całym ciele aksotola, która uruchamia proces regeneracji.
Biolog powiedziała, że współpracowała z trzydziestoma naukowcami z wydziału biologii regeneracyjnej i komórek macierzystych, a także z kolegami z Instytutu Brouda, podlegającego Harvardowi i Massachusetts Institute of Technology.
Czym jest aksolotl i dlaczego jest tak intensywnie badany?
Aksolotl ma zewnętrzne skrzela, gładką skórę i zawsze wygląda, jakby się „uśmiechał”. Żyje w wodzie słodkiej i rzadko kończy stadium larwalne, co pozwala mu zachować zdolności regeneracyjne przez całe życie.
W przeciwieństwie do ludzi i prawie wszystkich zwierząt, aksolotl może regenerować duże części swojego ciała, takie jak łapy, ogon, część serca, a nawet utracone fragmenty mózgu. Ta wyjątkowa cecha sprawia, że jest on niezastąpionym modelem do badania regeneracji.
Naukowcy szukali wskazówek wyjaśniających, w jaki sposób aktywuje on tak złożone procesy komórkowe. Głównym celem naukowców z Harvardu było „opisanie całego procesu aktywacji komórek macierzystych i progenitorowych po urazie oraz tego, w jaki sposób przeprogramowują one swoją strukturę genetyczną, aby zainicjować regenerację”.
Oprócz swojej wartości biologicznej, aksolotl jest zagrożony wyginięciem w swoim naturalnym środowisku, co stymuluje badania, które pomagają go chronić, jednocześnie odkrywając mechanizmy potencjalnie przydatne dla człowieka.
Jak udaje mu się regenerować?
Naukowcy zidentyfikowali mechanizm koordynowany przez układ współczulny, odpowiedzialny za tak zwaną reakcję „walcz lub uciekaj”.
Wykazali oni znaczenie hormonu sygnalizującego stres, adrenaliny, w przygotowywaniu komórek do regeneracji.
Kiedy aksolotl traci kończynę, wytwarza „blastomę”, masę składającą się z prekursorów komórek, które mogą przekształcić się w dowolny potrzebny rodzaj tkanki.
Analizy przeprowadzone przez grupę wykazały, że aktywacja komórek zachodzi w całym organizmie, nawet w obszarach, które nie zostały uszkodzone. Zespół podkreślił, że ta systemowa aktywność komórkowa przygotowuje pozostałe kończyny do szybszej regeneracji, co daje aksolotlowi przewagę w naturalnym środowisku, gdzie często spotyka drapieżniki i traci części ciała.
„Zwierzę wydaje się tworzyć krótkotrwałą pamięć o urazie w całym ciele” — powiedziała Duygu Paysin-Dogra, współautorka badania, która pisze pracę doktorską na ten temat.
Komórki reorganizują swoje DNA, aby ułatwić włączenie genów regeneracji, gdy jest to konieczne. Ten „stan gotowości” trwa tylko kilka cykli podziału komórek, ponieważ wiąże się z dużym zużyciem energii. Po miesiącu różnica w szybkości regeneracji znika.
Proces ten obejmuje dwie główne ścieżki: sygnalizację alfa-adrenergiczną, która „przygotowuje” odległe komórki, oraz beta-adrenergiczną, która sprzyja wzrostowi w uszkodzonej części. Równolegle aktywowana jest ścieżka „mTOR”, białko regulujące wzrost i odbudowę tkanek.
Co oznaczają te wyniki
Aholot pozostaje kluczowym modelem do badań w dziedzinie regeneracji w celu udoskonalenia metod leczenia ludzi.
Eksperyment wykazał, że regeneracja aholota zależy od koordynacji sygnałów chemicznych i genetycznych, aktywowanych przez ostry stres i kontrolowanych przez hormony obecne u wielu kręgowców, w tym u ludzi.
Naukowcy jasno stwierdzili, że obecnie „zwierzęta mleczne mogą regenerować całe kończyny, a ssaki nie”. Wskazali również, że genetyczne i molekularne mechanizmy kontroli w organizmie ssaków „ograniczają naturalną zdolność do regeneracji”.
Podkreślili jednak: „Wskazuje to, że moglibyśmy wykorzystać niektóre mechanizmy obecne u aksolotla do poprawy regeneracji u ludzi. Posiadamy niektóre z tych samych elementów i musimy tylko znaleźć właściwy sposób ich zastosowania”.
