Επιστήμονες από το Texas A&M College of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences (VMBS) έκαναν ένα σημαντικό βήμα προς την αποκάλυψη των κρυμμένων αναγεννητικών ικανοτήτων των θηλαστικών, αποδεικνύοντας ότι η ικανότητα αναδόμησης πολύπλοκων μερών του σώματος μπορεί απλώς να είναι απενεργοποιημένη — όχι χαμένη.
Για γενιές ολόκληρες, οι επιστήμονες θεωρούσαν την αδυναμία αναγέννησης χαμένων μελών του σώματος ως έναν από τους θεμελιώδεις περιορισμούς των ανθρώπων και των άλλων θηλαστικών. Ενώ πλάσματα όπως οι σαλαμάνδρες μπορούν να αναγεννήσουν ολόκληρα άκρα, οι άνθρωποι συνήθως επουλώνουν τους τραυματισμούς σχηματίζοντας ουλώδη ιστό.
Η νέα έρευνα, ωστόσο, υποδηλώνει ότι οι αναγεννητικές ικανότητες μπορεί να μην απουσιάζουν εντελώς από τα θηλαστικά. Αντίθετα, θα μπορούσαν να είναι κρυμμένες μέσα στον φυσιολογικό μηχανισμό επούλωσης του σώματος, περιμένοντας να ενεργοποιηθούν υπό τις κατάλληλες συνθήκες.
«Γιατί κάποια ζώα μπορούν να αναγεννηθούν και άλλα, ιδιαίτερα οι άνθρωποι, όχι, είναι ένα μεγάλο ερώτημα που τίθεται από την εποχή του Αριστοτέλη», δήλωσε ο Δρ. Ken Muneoka, καθηγητής στο τμήμα VTPP του VMBS. «Έχω αφιερώσει όλη μου την καριέρα για να το κατανοήσω.»
Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications, ο Muneoka και οι συνεργάτες του περιγράφουν μια νέα θεραπεία δύο σταδίων που επέτρεψε την αναγέννηση οστών, αρθρικών δομών και συνδέσμων. Αν και οι αναγεννημένοι ιστοί δεν ήταν τέλεια αντίγραφα των αρχικών, οι ερευνητές πιστεύουν ότι η προσέγγιση θα μπορούσε τελικά να μειώσει τις ουλές και να βελτιώσει την αποκατάσταση ιστών μετά από ακρωτηριασμούς.
Ανακατεύθυνση της επούλωσης μακριά από τον σχηματισμό ουλών
Όταν τα θηλαστικά τραυματίζονται, το σώμα συνήθως ανταποκρίνεται με ίνωση. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, οι ινοβλάστες κλείνουν γρήγορα την πληγή και δημιουργούν ουλώδη ιστό. Αν και αυτή η απόκριση βοηθά στην πρόληψη μόλυνσης και περαιτέρω βλάβης, περιορίζει επίσης την ικανότητα του σώματος να αναδομήσει ό,τι χάθηκε.
Τα ζώα που είναι ικανά για αναγέννηση ακολουθούν μια διαφορετική διαδρομή. Στις σαλαμάνδρες, για παράδειγμα, παρόμοια κύτταρα συγκεντρώνονται σε μια δομή που ονομάζεται βλάστημα, η οποία χρησιμεύει ως θεμέλιο για την ανάπτυξη νέου ιστού.
«Είναι σαν αυτά τα κύτταρα να μπορούν να κινηθούν σε δύο διαφορετικές κατευθύνσεις», εξήγησε ο Muneoka. «Θα μπορούσαν είτε να δημιουργήσουν ουλή είτε να δημιουργήσουν βλάστημα. Η έρευνά μας επικεντρώθηκε στην ανακατεύθυνση της συμπεριφοράς των ινοβλαστών που ήδη υπάρχουν στο σημείο του τραυματισμού.»
Για να διερευνήσουν αν η επούλωση των θηλαστικών θα μπορούσε να ωθηθεί προς την αναγέννηση, η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια θεραπεία που χρησιμοποιεί δύο γνωστούς αυξητικούς παράγοντες σε αλληλουχία.
Το πρώτο βήμα περιλάμβανε την εφαρμογή του αυξητικού παράγοντα ινοβλαστών 2 (FGF2) αφού η πληγή είχε ήδη επουλωθεί. Περιμένοντας μέχρι να ολοκληρωθεί η αρχική διαδικασία επούλωσης, οι ερευνητές επέτρεψαν στο σώμα να ανταποκριθεί φυσιολογικά πριν παρέμβουν.
Σύμφωνα με τον Muneoka, η ομάδα στη συνέχεια «άλλαξε αυτό που συμβαίνει μετά». Το FGF2 ενθάρρυνε τον σχηματισμό μιας δομής που μοιάζει με βλάστημα, κάτι που δεν συμβαίνει συνήθως στα θηλαστικά μετά από αυτό το είδος τραυματισμού. Αρκετές ημέρες αργότερα, οι ερευνητές εφάρμοσαν έναν δεύτερο αυξητικό παράγοντα, τη μορφογενετική πρωτεΐνη οστού 2 (BMP2), η οποία ώθησε αυτά τα κύτταρα να αρχίσουν να χτίζουν νέους ιστούς.
«Αυτή είναι πραγματικά μια διαδικασία δύο σταδίων», είπε ο Muneoka. «Πρώτα μετατοπίζεις τα κύτταρα μακριά από τη δημιουργία ουλών και μετά παρέχεις τα σήματα που τους λένε τι να χτίσουν.»
Επαναπροσδιορίζοντας τον ρόλο των βλαστοκυττάρων
Ένα από τα σημαντικότερα ευρήματα της μελέτης είναι ότι η αναγέννηση μπορεί να μην απαιτεί την προσθήκη βλαστοκυττάρων από έξω από το σώμα, μια προσέγγιση που διερευνάται συνήθως στην αναγεννητική ιατρική.
«Δεν χρειάζεται να πάρεις βλαστοκύτταρα και να τα επανατοποθετήσεις», δήλωσε ο Muneoka. «Είναι ήδη εκεί — απλά πρέπει να μάθεις πώς να τα κάνεις να συμπεριφέρονται όπως θέλεις.»
Ο Δρ. Larry Suva, άλλος καθηγητής του VTPP που συμμετείχε στη μελέτη, ανέφερε ότι τα αποτελέσματα αμφισβητούν μακροχρόνιες υποθέσεις σχετικά με το τι είναι ικανά να κάνουν τα κύτταρα των θηλαστικών.
«Τα κύτταρα που θεωρούσαμε μη προγραμματιζόμενα, στην πραγματικότητα είναι», είπε ο Suva. «Η ικανότητα δεν απουσιάζει — απλά είναι κρυμμένη.»
Οι ερευνητές βρήκαν επίσης στοιχεία ότι τα κύτταρα μπορούν να ανακατευθυνθούν για να δημιουργήσουν δομές εκτός της συνηθισμένης τους θέσης. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως επαναπροσδιορισμός θέσης, αποτελεί σημαντικό μέρος της ανάπτυξης. Στην πράξη, κύτταρα που φυσιολογικά θα βοηθούσαν να σχηματιστεί ένας τύπος ιστού μπορούν να λάβουν οδηγίες να αναδομήσουν μια διαφορετική δομή μετά από έναν τραυματισμό.
Αναγέννηση οστών, τενόντων, συνδέσμων και αρθρώσεων
Αν και οι αναγεννημένοι ιστοί δεν ήταν ακριβή αντίγραφα της αρχικής ανατομίας, οι ερευνητές αποκατέστησαν με επιτυχία όλες τις κύριες δομές που είχαν αφαιρεθεί κατά τον ακρωτηριασμό, συμπεριλαμβανομένων οστών, τενόντων, συνδέσμων και αρθρικού ιστού.
Οι αναγεννημένες περιοχές περιείχαν τόσο σκελετικά συστατικά όσο και συνδετικούς ιστούς διατεταγμένους σε μοτίβα που προσομοιάζουν με τη φυσική ανατομία.
«Αναγεννήσαμε αυτό που θα περιμένατε να δείτε σε αυτό το επίπεδο τραυματισμού», είπε ο Muneoka. «Οι δομές υπάρχουν — απλά όχι σε τέλεια μορφή.»
Τα ευρήματα της μελέτης θα μπορούσαν να έχουν εκτεταμένες επιπτώσεις για την ανθρώπινη ιατρική. Εάν οι ερευνητές μπορέσουν να μεταφράσουν αυτή την προσέγγιση σε θεραπείες για ανθρώπους, θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο αντιμετωπίζονται οι σοβαροί τραυματισμοί και οι ακρωτηριασμοί.
Η ομάδα του Texas A&M συνεχίζει τώρα να διερευνά τους μοριακούς μηχανισμούς πίσω από αυτή τη διαδικασία δύο σταδίων, με στόχο να βελτιώσει την ποιότητα του αναγεννημένου ιστού και τελικά να αναπτύξει θεραπείες κατάλληλες για κλινική χρήση σε ανθρώπους.