Salamandry mogą pomóc w odrastaniu ludzkich kończyn

Regeneracja utraconych lub uszkodzonych części ciała wśród zwierząt i roślin jest zjawiskiem równie naturalnym jak reprodukcja. Jednak zakres w jakim ta regeneracja może zachodzić, różni się w zależności od gatunku. Salamandra, na przykład, posiada zdolność odtworzenia nie tylko utraconych kończyn, ale również części kluczowych narządów wewnętrznych – serca, oczu, rdzenia kręgowego. Człowiek ma w tej dziedzinie znacznie węższy repertuar. Owszem, jesteśmy w stanie wyleczyć rany i złamania, odtworzyć część wątroby, a niektórym dzieciom odrastają ucięte koniuszki palców, jednak o odrastających kończynach wśród ludzi jeszcze nie słyszano.

Co ciekawe, człowiek posiada zdolność budowania całych organów jeszcze w łonie matki. Jednak gdy przychodzimy na świat, embrionalne komórki macierzyste odpowiedzialne za ten proces, zastępowane są przez somatyczne komórki macierzyste, które mogą dać początek tylko niektórym typom komórek (np. komórki macierzyste obecne w szpiku kostnym mają zdolność tworzenia komórek krwi).

Na przestrzeni ostatnich lat, naukowcy przeprowadzali badania nad regeneracją u salamander, aby zrozumieć nie tylko jak działa sam mechanizm, ale – przede wszystkim – odkryć sposób na jego aktywację u człowieka.

Pomimo, iż nie rozumiemy jeszcze dokładnych mechanizmów, dzięki którym salamandry odtwarzają swoje kończyny, wiemy, że proces regeneracji odbywa się poprzez przeprogramowanie dorosłych komórek. Oznacza to, że aby zaszła regeneracja, dorosłe komórki, np. komórki mięśniowe, które budują kończyny, muszą utracić swoją tożsamość mięśniową i rozmnażać się dając początek nowym komórkom przyczyniającym się do tworzenia nowych struktur – wyjaśnia dr Max Yun z University College London.

W badaniu opublikowanym w Stem Cell Reports, naukowcy wykazali, że podtrzymywana aktywacja szlaków molekularnych (skupisk molekuł w komórce, które wspólnie kontrolują poszczególne funkcje), tzw. szlaków ERK, odgrywa kluczową rolę podczas naturalnego przeprogramowywania komórek mięśniowych u salamander. Tylko wtedy, gdy szlak ERK jest stale uruchomiony, komórki są w stanie ponownie wchodzić w cykl komórkowy, który odgrywa kluczową rolę w ich możliwościach regeneracyjnych.

Okazuje się, że komórki ssaków nie są zdolne do długotrwałej aktywacji szlaku ERK. Jednak po podaniu fragmentu DNA umożliwiającego produkcję białka aktywującego szlak ERK, komórki mogłyby wytwarzać proteinę biorącą udział w ponownym wchodzeniu w cykl komórkowy. Wydaje się, że manipulacja tymi szlakami może przyczynić się do rozwinięcia potencjału regeneracyjnego u ludzi. Wyniki badań […] pomagają zrozumieć dlaczego tylko niektóre organizmy potrafią regenerować części ciała. […] Wszystko to zbliża nas do możliwości regeneracji złożonych struktur ludzkiego organizmu – podsumowuje Max Yun.

Ale dlaczego w ogóle tracimy zdolność budowania złożonych struktur organizmu w czasie narodzin? Na to pytanie naukowcy nie znają jednoznacznej odpowiedzi. Jedna z teorii głosi, że embrionalne komórki macierzyste są zbyt nieprzewidywalne i mogą prowadzić do rozwoju nowotworów. W prostszych organizmach, których “instrukcja obsługi” jest znacznie łatwiejsza, prawdopodobieństwo, że komórki pomylą się i zamiast odrosnąć kończynę uformują guza, jest znacznie mniejsze.

Inna teoria mówi, że regeneracja kończyn u ludzi byłaby procesem zbyt czasochłonnym, a więc niepraktycznym. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że malutkie kończyny u noworodka rozwijają się kilka miesięcy, to ile musiałaby rozwijać się ręka Mariusza Pudzianowskiego? Z drugiej strony warto wziąć pod uwagę, że gdyby istniała możliwość regeneracji całej kończyny u ludzi, organizm musiałby stworzyć mechanizmy przyspieszające wzrost, aby usunąć problem niepraktyczności (warto pamiętać, że niepraktyczność dla ewolucji oznacza wyginięcie).

foto: Marshal Hedin/flickr