Журнал регенеративной медицины

Модели регенерации

Регенерация, возможно, является одним из самых вдохновляющих биологических явлений, которые когда-либо существовали. История западного канона полна множества примеров неразборчивой и мощной регенерации, оказываемой на человеческий разум. Например, когда в 1768 году Лаццаро ​​Спалланцани сообщил, что обезглавленные улитки восстанавливают свои головы, учёные, философы и общественность прочесали свои сады, пытаясь повторить этот увлекательный эксперимент (Одельберг, 2004). Также было обнаружено, что саламандры способны регенерировать конечности и хвосты (в том числе спинной мозг), а планарии — регенерировать целых животных из небольших фрагментов тела. Несмотря на давний интерес к этой биологической проблеме и знание того, что животные всех слоев общества совершают регенеративные способности, мы все еще находимся на ранних стадиях описания этих событий в клеточных, молекулярных и механистических терминах. Однако генетические и молекулярные инструменты для решения проблемы регенерации быстро совершенствуются. Помимо любопытства, которое обычно оно вызывает, изучение и понимание регенерации может существенно повлиять на медицинскую практику.

Не менее важным является понимание, полученное в результате исследования стволовых клеток, недифференцированных клеток, способных бесконечно заменять себя и производить специализированные типы клеток. В то время как эмбриональные стволовые клетки делятся и в конечном итоге дают начало всем дифференцированным типам клеток организма, взрослые стволовые клетки из определенных тканей обычно имеют линию, ограниченную определенным набором типов клеток. Для того чтобы взрослое животное могло заменить недостающие структуры точной копией недостающего, очевидно, что программы развития должны быть перераспределены. Однако динамика клеточной коммуникации и пролиферации сильно различается, как и задействованные типы клеток. Для осуществления регенерации взрослые животные могут вызывать пролиферацию дифференцированных клеток, активацию резервных стволовых клеток, образование новых стволовых клеток с ограниченной способностью к самообновлению (клеток-предшественников) или комбинацию этих стратегий.

Какие клетки у взрослого животного делятся и дифференцируются, чтобы заменить несколько типов клеток, необходимых для регенеративного ответа? Хотя это очень простой, действительно фундаментальный вопрос, который был сформулирован и переформулирован последовательными поколениями биологов, его устойчивость к экспериментальным атакам оказалась удивительной, а во многих случаях весьма разочаровывающей. Тем не менее, очевидно, что разные ткани используют разные стратегии для восстановления или регенерации тканей. Например, печень позвоночных вызывает компенсаторную регенерацию после удаления двух долей, при этом оставшаяся доля пролиферирует, восстанавливая исходную массу ткани без замены недостающих долей. Фактически, регенерация может быть компенсаторной (печень), тканеспецифичной (сердце, скелетные мышцы, печень, поджелудочная железа, хрусталик, сетчатка) или восстанавливать сложные структуры, содержащие несколько типов тканей и органов (например, конечности, плавники, хвосты). . Цель исследователей, изучающих модельные организмы, способные к регенерации, — выяснить, как эти животные естественным образом выполняют, казалось бы, невыполнимую задачу по восстановлению частей тела, утраченных в результате травмы.