Förnyelsen av förlorade organ hos djur är ett mysterium som har oroat forskare sedan forntiden. Fram till nyligen trodde man att endast de lägsta arter av levande varelser har denna magnifika egendom: en ödla växer en avskuren svans, vissa maskar kan skäras i små bitar, och var och en kommer att växa till en hel mask - det finns många exempel.
Men trots allt gick utvecklingen av den levande världen från lägre organismer till mer och mer högt organiserade, så varför försvann denna egenskap på något stadium? Och var det förlorat?
Lernaean hydra, Medusa the Gorgon eller vår trehövdade orm Gorynych, vars "självhelande" huvuden outtröttligt huggades av Ivan Tsarevich, är mytiska karaktärer, men de är tydligt i "släktskap" med mycket verkliga varelser.
Dessa inkluderar till exempel newts - en art av svansade paddor, som med rätta betraktas som ett av de äldsta djur på jorden. Deras fantastiska egenskap är förmågan att regenerera - att återväxa skadade eller förlorade svansar, tassar, käkar.
Dessutom återställs det skadade hjärtat, ögonvävnaderna och ryggmärgen. Av den anledningen är de nödvändiga för laboratorieforskning och nybörjar skickas ut i rymden inte mindre ofta än hundar och apor. Många andra varelser har samma egenskaper.
Så, sebrafisk rerio svartvitt, bara 2-3 cm långt, tenderar att förnya delar av fenorna, ögonen och till och med återställa cellerna i sitt eget hjärta, skurna ut av kirurger under experiment med regenerering. Detsamma kan sägas för andra fiskesorter.
De klassiska exemplen på förnyelse är ödlor och grodlar som återuppbyggar en förlorad svans; kräftor och krabbor som växer förlorade klor; sniglar som kan växa nya "horn" med ögon; salamandrar, som naturligt ersätter den amputerade tassen; havsstjärnor som regenererar sina avskurna strålar.
Kampanjvideo:
Förresten, ett nytt djur kan utvecklas från en stråle som rivs av, som en skärning. Men mästaren för förnyelse var flatmask eller planaria. Om du skär den i hälften växer det saknade huvudet på ena halvan av kroppen, och svansen på den andra, det vill säga, två helt oberoende livskraftiga individer bildas.
Och utseendet på en helt extraordinär, två-huvud och två-tailed planaria är möjlig. Detta kommer att hända om längsgående snitt görs i fram- och bakändarna och inte tillåter dem att växa tillsammans. Till och med 1/280 av kroppsdelen av denna mask kommer att göra ett nytt djur!
Under lång tid såg folk på våra mindre bröder och, för att vara ärliga, avundas i hemlighet. Och forskare flyttade från fruktlös observation till analys och försökte avslöja lagarna i denna "självhelande" och "självhelande" av djur.
Den första som försökte få vetenskaplig klarhet i detta fenomen var den franska naturforskaren Rene Antoine Reaumur. Det var han som introducerade termen "förnyelse" i vetenskapen - restaurering av en förlorad del av kroppen med dess struktur (från latin ge - "igen" och generatio - "uppkomst") - och genomförde en serie experiment. Hans arbete med benförnyelse i cancer publicerades 1712. Tyvärr uppmärksammade kollegor inte henne och Reaumur övergav dessa studier.
Bara 28 år senare fortsatte den schweiziska naturisten Abraham Tremblay sina experiment på föryngring. Varelsen som han experimenterade hade inte ens ett namn vid den tiden. Dessutom visste forskare ännu inte om det var ett djur eller en växt. Den ihåliga stammen med tentakler, med sin bakre ände fäst vid glaset i akvariet eller på vattenväxter, visade sig vara ett rovdjur, och också ganska fantastiskt.
I forskarens experiment förvandlades enskilda fragment av kroppen till ett litet rovdjur till oberoende individer - ett fenomen som är känt tills dess bara i växtvärlden. Och djuret fortsatte att förvåna naturforskaren: på platsen för de längsgående snitten vid kalvens främre ände, gjord av forskaren, växte det nya tentakler och förvandlades till ett "mångledat monster", ett miniatyriskt mytiskt hydra, som enligt de antika grekerna kämpade Hercules.
Det är inte förvånande att laboratoriedjuret fick samma namn. Men hydraen som undersöktes hade ännu mer underbara egenskaper än dess lernaiska namngivare. Hon har vuxit till en hel till och med 1/200 av sin kropp på en centimeter!
Verkligheten överskred sagor! Men de fakta som är kända för varje skolbarn som publicerades 1743 i "Proceedings of the Royal Society of London", verkade otroligt för den vetenskapliga världen. Och sedan stödde Tremblay av denna tid den redan auktoritativa Reaumur, vilket bekräftar tillförlitligheten i hans forskning.
Det "skandalösa" ämnet väckte omedelbart många forskares uppmärksamhet. Och snart visade sig listan över djur med förmåga att förnya sig vara ganska imponerande. Det var sant att under lång tid troddes att endast de lägsta levande organismerna har en självförnyelsemekanism. Forskare upptäckte sedan att fåglar kan växa näbb, medan unga möss och råttor kan växa svansar.
Även däggdjur och människor har vävnader med stor potential i detta område - många djur byter regelbundet päls, vågarna hos den mänskliga överhuden förnyas, klippt hår och rakade skägg växer.
Mannen är en varelse inte bara extremt nyfiken, utan också passionerad villig att använda all kunskap till sitt eget bästa. Därför är det ganska förståeligt att i ett visst skede i studien av mysterierna om förnyelse uppstod frågan: varför händer detta och är det möjligt att orsaka förnyelse på ett konstgjort sätt? Och varför förlorade högre däggdjur nästan denna förmåga?
Först noterade experterna att regenerering är nära besläktad med djurets ålder. Ju yngre den är, desto lättare och snabbare repareras skadan. I en rumpväv växer den saknade svansen lätt tillbaka, men förlusten av en gammal grodans ben gör den inaktiverad.
Forskare undersökte fysiologiska skillnader, och metoden som använts av amfibier för "självreparation" blev tydlig: det visade sig att i de tidiga utvecklingsstadierna är cellerna i en framtida varelse omogna och riktningen för deras utveckling kan mycket väl förändras. Exempelvis har experiment med grodembryon visat att när ett embryo endast har några hundra celler kan en vävnad som är avsedd att bli en hud klippas ur den och placeras i ett område av hjärnan. Och denna vävnad … kommer att bli en del av hjärnan!
Om en sådan operation utförs med ett mer moget embryo, kommer hud fortfarande att utvecklas från hudceller - mitt i hjärnan. Därför har forskare kommit fram till att dessa cellers öde redan är förutbestämda. Och om det inte finns någon väg tillbaka för cellerna i de flesta högre organismer, så kan cellerna i amfibier vända tiden och återgå till det ögonblick då deras destination kunde förändras.
Vad är det här fantastiska ämnet som gör det möjligt för amfibier att "självreparera"? Forskare har funnit att om en nybotten eller salamander tappar tassarna, så i cellernas ben, hud och blod förlorar sina särdrag i kroppens skadade område.
Alla sekundära "nyfödda" celler, som kallas blastema, börjar delas intensivt. Och i enlighet med kroppens behov blir de celler i ben, hud, blod … för att i slutändan bli en ny tass. Och om du i ögonblicket av "självreparation" ansluter tretinsyra (vitamin A-syra), så stimulerar detta de regenererande förmågorna hos grodor så mycket att de växer tre ben istället för en förlorad.
Under lång tid förblev det ett mysterium varför regenereringsprogrammet dämpades hos varmblodiga djur. Det kan finnas flera förklaringar. Den första beror på att varmblodiga människor har något andra prioriteringar för överlevnad än kallblodiga. Ärrsår blev viktigare än total förnyelse, eftersom det minskade risken för dödlig blödning när den skadades och införandet av en dödlig infektion.
Men det kan finnas en annan förklaring, mycket mörkare - cancer, det vill säga den snabba återhämtningen av ett stort område av skadad vävnad innebär uppkomsten av samma snabbt fördelande celler på en viss plats. Detta är vad som observeras under början och tillväxten av en malig tumör. Därför tror forskare att det har blivit viktigt för kroppen att förstöra celler som snabbt delar sig, och därför har möjligheterna till snabb regenerering undertryckts.
Doktor för biologiska vetenskaper Petr Garyaev, akademiker vid Ryska akademin för medicinska och tekniska vetenskaper, säger: "Det (föryngring) har inte försvunnit, bara högre djur, inklusive människor, visade sig vara mer skyddade från yttre påverkan och fullständig förnyelse var inte så nödvändig."
I viss utsträckning har den överlevt: sår och skär har läkt, skalad hud återställs, håret växer och levern regenereras delvis. Men den avskurna handen växer inte längre, precis som de inre organen inte växer istället för de som har upphört att fungera. Naturen glömde helt enkelt hur man gör det. Kanske borde vi påminna henne om detta.
Som alltid hjälpte Hans Majestet Chance. Immunolog Helene Heber-Katz från Philadelphia gav en gång sin laboratorieassistent den vanliga uppgiften: att genomborra öronen på laboratoriemöss för att märka dem. Ett par veckor senare kom Heber-Katz till mössen med färdiga etiketter, men … hittade inte hål i öronen.
Vi gjorde det igen och fick samma resultat: inget antydande om ett läkt sår. Musens kropp regenererade vävnad och brosk genom att fylla i de hål som de inte behövde. Herber-Katz drog den enda korrekta slutsatsen av detta: blastema finns i de skadade områdena i öronen - samma icke-specialiserade celler som hos amfibier.
Men möss är däggdjur, de borde inte ha den förmågan. Experiment på de olyckliga gnagarna fortsatte. Forskare klippte bort delar av svansar för möss och … fick 75 procent förnyelse! Det är riktigt, ingen försökte ens klippa av "patienterna" tassar av ett uppenbart skäl: utan cauterisering kommer musen helt enkelt att dö av kraftig blodförlust långt innan regenereringen av den förlorade lemmen börjar (om inte alls). Och moxibustion utesluter uppkomsten av blastema. Så det var inte möjligt att ta reda på en fullständig lista över mössens regenererande förmågor. Men vi har redan lärt oss mycket.
Det var riktigt ett "men". Det var inte vanliga husmöss, utan speciella husdjur med skadade immunsystem. Den första slutsatsen från hennes experiment Heber-Katz gjorde detta: regenerering är enbart inneboende hos djur med förstörda T-celler - celler i immunsystemet.
Här är huvudproblemet: paddor inte har det. Detta betyder att ledtråden till detta fenomen är förankrade i immunsystemet. Den andra slutsatsen: däggdjur har samma gener som krävs för vävnadsregenerering som amfibier, men T-celler tillåter inte dessa gener att fungera.
Den tredje slutsatsen: organismer hade ursprungligen två metoder för att läka från sår - immunsystemet och regenerering. Men under utvecklingen blev de två systemen oförenliga med varandra - och däggdjur valde T-celler eftersom de är viktigare, eftersom de är kroppens huvudsakliga vapen mot tumörer.
Vad är användningen av att kunna växa igen en förlorad hand om samtidigt cancerceller växer snabbt i kroppen? Det visar sig att immunsystemet, samtidigt som vi skyddar oss mot infektioner och cancer, undertrycker vår förmåga att "självreparera".
Men är det verkligen omöjligt att komma på något, för du vill verkligen inte bara föryngring, utan återställa kroppens livsuppbyggande funktioner? Och forskare har funnit, om inte ett universalmedel för alla sjukdomar, då möjligheten att bli lite närmare naturen, dock tack vare blastema utan stamceller. Det visade sig att människor har en annan princip om förnyelse.
Under en lång tid var det känt att bara två typer av våra celler kan regenerera - blod och leverceller. När embryot från något däggdjur utvecklas lämnas några av cellerna ur specialiseringsprocessen.
Det här är stamceller. De har förmågan att fylla på blod eller döda leverceller. Benmärg innehåller också stamceller, som kan bli muskler, fett, ben eller brosk, beroende på vilka näringsämnen som ges till dem i laboratoriet.
Nu var forskarna tvungna att testa empiriskt huruvida det finns en chans att "lansera" den "instruktion" som registrerats i DNA: en av våra celler för att växa nya organ. Experter var övertygade om att du bara behöver tvinga kroppen att "sätta på" dess förmåga, och sedan kommer processen att ta hand om sig själv. Det är sant att förmågan att växa lemmar stöter omedelbart på ett tillfälligt problem.
Vad en liten kropp lätt hanterar är utanför en vuxen makt: volymer och storlekar är mycket större. Vi kan inte göra som newts gör: bilda en mycket liten lem och växa sedan den. För detta behöver amfibier bara ett par månader för att en person ska växa ett nytt ben till sin normala storlek, enligt beräkningen av den engelska forskaren Jeremy Brox tar det minst 18 år …
Men forskare har funnit mycket arbete för stamceller. Men först måste du säga hur och var de kommer från. Forskare vet att det största antalet stamceller finns i benmärgen i bäckenet, men hos alla vuxna har de redan förlorat sina ursprungliga egenskaper. Den mest lovande är resursen för stamceller erhållna från navelsträngsblod.
Men efter förlossningen kan forskare bara samla in 50 till 120 ml sådant blod. Från varje 1 ml släpps 1 miljon celler, men endast 1% av dem är stamfaderceller. Denna personliga reserv i kroppens restaureringsreserv är extremt liten och därför ovärderlig. Därför erhålls stamceller från hjärnan (eller andra vävnader) hos embryon - ett abortmaterial, oavsett hur tråkigt det är att prata om det.
De kan isoleras, placeras i vävnadskultur, där reproduktionen kommer att börja. Dessa celler kan leva i kultur i över ett år och kan användas för alla patienter. Stamceller kan isoleras från navelsträngsblod och från hjärnan hos vuxna (till exempel under neurokirurgi).
Och det kan isoleras från hjärnan från nyligen avliden, eftersom dessa celler är resistenta (jämfört med andra celler i nervvävnaden), bevaras de när nervcellerna redan har degenererat. Stamceller extraherade från andra organ, såsom nasopharynx, är inte lika mångsidiga när de appliceras.
Naturligtvis är denna riktning fantastiskt lovande, men har ännu inte utforskats fullt ut. Inom medicin är det nödvändigt att mäta sju gånger och sedan kontrollera igen i tio år för att se till att en universalmedicin inte medför några problem, till exempel en immunförändring. Onkologer sa inte heller sina tungt "ja". Men ändå finns det redan framgångar, dock bara på laboratorieutvecklingen, experiment med högre djur.
Ta exempelvis tandvård. Japanska forskare har utvecklat ett behandlingssystem baserat på gener som ansvarar för tillväxten av fibroblaster - vävnaderna som växer runt tänderna och håller dem. De testade sin metod på en hund som tidigare hade utvecklat svår periodontal sjukdom.
När alla tänder föll ut, behandlades de drabbade områdena med ett ämne som inkluderar samma gener och agar-agar - en syrablandning som ger ett näringsmedium för cellförökning. Sex veckor senare utbröt hundens huggtänder.
Samma effekt observerades hos en apa med tänder skurna till basen. Enligt forskare är deras metod mycket billigare än proteser och för första gången tillåter ett stort antal människor bokstavligen att få tillbaka sina tänder. Speciellt när man tänker på att efter 40 år är 80% av världens befolkning benägen att periodontal sjukdom.
I en annan serie experiment fylldes tandkammaren med dentinsågspån (spelade rollen som en induktor) med bindvävnaden i tandköttet (amfodont) som ett reaktivt material. Och amfodont förvandlades också till dentin. Brittiska tandläkare hoppas att inom en snar framtid flytta från framgångsrika experiment på möss till ytterligare laboratorieforskning. Enligt konservativa uppskattningar kommer "stamimplantat" att kosta samma som konventionella proteser i England - från 1 500 £ till 2 000 £.
Studier har visat att personer som har njursvikt behöver återlämna endast 10% av sina njurceller till livet för att sluta lita på en dialysmaskin.
Och forskning i denna riktning har pågått i många år. Hur viktigt det är - inte att sy, utan att växa igen, inte att sitta på piller, utan att återställa en sund funktion på grund av kroppens dolda förmågor.
I synnerhet har ett sätt visat sig växa nya betaceller i bukspottkörteln som producerar insulin, vilket lovar miljoner diabetiker att bli av med dagliga injektioner. Och experiment på möjligheten att använda stamceller i kampen mot diabetes är redan i slutfasen.
Arbetet pågår också för att skapa medel som inkluderar förnyelse. Ontogeny har utvecklat en tillväxtfaktor som heter OP1 som snart kommer att säljas i Europa, USA och Australien. Det stimulerar tillväxten av ny benvävnad. OP1 kommer att hjälpa till i behandlingen av komplexa frakturer där de båda bitarna av det brutna benet är för långt borta i linje med varandra och därför inte kan läka.
Ofta i sådana fall amputeras lemmet. Men OP1 stimulerar benvävnaden så att den börjar växa och fyller gapet mellan delarna av det brutna benet. Vid det ryska institutet för traumatologi och ortopedi erhåller forskare stamceller från benmärgen. Efter 4-6 veckors reproduktion i kultur transplanteras de i fogen, där de rekonstruerar broskytorna.
För några år sedan avgav en grupp brittiska genetiker ett sensationellt uttalande: de börjar arbeta med att klona hjärtat. Om experimentet är framgångsrikt kommer det inte att finnas något behov av vävnadstransplantationer. Men det är osannolikt att våggenetik kommer att begränsas till förnyelse av endast inre organ, och forskare hoppas att de kommer att lära sig att "växa" lemmar för patienter.
Inom området gynekologi har stamceller också ett stort löfte. Tyvärr är många unga kvinnor idag dömda till infertilitet: deras äggstockar har slutat producera ägg.
Detta innebär ofta att poolen av celler från vilka folliklarna uppstår har tömts. Därför är det nödvändigt att leta efter mekanismer som fyller på dem. De första uppmuntrande resultaten på detta område har dykt upp nyligen.
Forskare ser redan hur människor som har fått diagnosen levercirros kan räddas. De tror att transplanteringen av ett helt organ i vissa stadier av sjukdomens utveckling kan ersättas av införandet av endast stamceller (genom artärbädden, direkta punkteringar, direkt celltransplantation i levervävnad). Specialister från Center for Surgery of the Russian Academy of Medical Sciences har påbörjat en pilotstudie, och de första resultaten är uppmuntrande.
Mycket intressant preliminär utveckling genomförs av ukrainska forskare inom området hjärt-kärlsjukdomar. Redan idag har de samlat experimentella bevis på att introduktion av stamceller till patienter med hjärtinfarkt eller svår ischemi är en lovande behandlingsmetod.
De första kliniska experimenten med stamcellstransplantation, som började vid University of Pittsburgh i USA, har också gett goda resultat hos kritiskt sjuka patienter som har drabbats av ischemisk eller hemorragisk stroke. Efter cellterapi syns neurologisk rehabilitering tydligt i dem.
Tyvärr är den skrämmande statistiken över antalet barn med intrauterin hjärnskada, inklusive cerebral pares, mycket välkänd. Det har redan bevisats att om sådana barn påbörjar stamcellstransplantation (eller terapi som syftar till att stimulera dem, det vill säga lokalisera sina egna, endogena celler i det drabbade området), så efter det första leveåret ofta observeras att även om de bibehåller anatomiska av hjärndefekter har barn minimala neurologiska symtom.
Effektivt utvecklade stamcellstransplantationstekniker kan förändra våra liv helt. Men detta är framtiden, och idag har detta kunskapsområde inte ens sitt eget namn, bara alternativ: "cellterapi", "stamcellstransplantation", "regenereringsmedicin", till och med "vävnadsteknik" och "orgonteknik".
Men det är redan möjligt att räkna upp alla möjligheterna i denna nya riktning. Det är inte utan anledning att de säger att XXI-talet kommer att präglas av biologi, och kanske kommer upplevelsen av förnyelse, som bevarats under miljoner år av amfibier och protoso, hjälpa mänskligheten.
