La rigenerazione degli organi persi negli animali è un mistero che ha preoccupato gli scienziati sin dai tempi antichi. Fino a poco tempo, si credeva che solo le specie più basse di creature viventi fossero dotate di questa magnifica proprietà: una lucertola cresce una coda mozzata, alcuni vermi possono essere tagliati in piccoli pezzi e ognuno crescerà in un intero verme - ci sono molti esempi.
Ma dopo tutto, l'evoluzione del mondo vivente è passata da organismi inferiori a organismi sempre più altamente organizzati, quindi perché questa proprietà è scomparsa a un certo punto? Ed è stato perso?
L'idra di Lerna, Medusa la Gorgone o il nostro Serpente Gorynych a tre teste, le cui teste “auto-curative” sono state instancabilmente mozzate da Ivan Tsarevich, sono personaggi mitici, ma sono chiaramente in “parentela” con creature abbastanza reali.
Questi, ad esempio, includono i tritoni, una specie di anfibi dalla coda, che sono giustamente considerati uno degli animali più antichi sulla Terra. La loro straordinaria caratteristica è la capacità di rigenerarsi, per far ricrescere code, zampe, mascelle danneggiate o perse.
Inoltre, vengono ripristinati anche il cuore danneggiato, i tessuti oculari e il midollo spinale. Per questo motivo, sono indispensabili per la ricerca di laboratorio e i tritoni vengono inviati nello spazio non meno spesso dei cani e delle scimmie. Molte altre creature hanno le stesse proprietà.
Quindi, il pesce zebra rerio bianco e nero, lungo solo 2-3 cm, tende a rigenerare parti delle pinne, degli occhi e persino a ripristinare le cellule del proprio cuore, tagliate dai chirurghi durante gli esperimenti sulla rigenerazione. Lo stesso si può dire per altri tipi di pesce.
I classici esempi di rigenerazione sono lucertole e girini che ricostruiscono una coda perduta; gamberi e granchi che coltivano artigli perduti; lumache capaci di far crescere nuove "corna" con gli occhi; salamandre, che sostituiscono naturalmente la zampa amputata; stelle marine che rigenerano i loro raggi recisi.
Video promozionale:
A proposito, un nuovo animale può svilupparsi da un raggio che viene strappato, come un taglio. Ma il campione della rigenerazione era il verme piatto, o planaria. Se lo tagli a metà, la testa mancante cresce su una metà del corpo e la coda sull'altra, cioè si formano due individui vitali completamente indipendenti.
E la comparsa di una planaria completamente straordinaria, a due teste e due code è possibile. Ciò accadrà se i tagli longitudinali vengono eseguiti sulle estremità anteriore e posteriore e non consentono loro di crescere insieme. Anche 1/280 della parte del corpo di questo verme farà un nuovo animale!
Per molto tempo la gente ha guardato i nostri fratelli minori e, ad essere onesti, ha segretamente invidiato. E gli scienziati sono passati dall'osservazione infruttuosa all'analisi e hanno cercato di rivelare le leggi di questa "auto-guarigione" e "auto-guarigione" degli animali.
Il primo a cercare di portare chiarezza scientifica a questo fenomeno è stato il naturalista francese Rene Antoine Reaumur. Fu lui a introdurre nella scienza il termine "rigenerazione" - il ripristino di una parte perduta del corpo con la sua struttura (dal latino ge - "di nuovo" e generatio - "emergenza") - e condusse una serie di esperimenti. Il suo lavoro sulla rigenerazione delle gambe nel cancro fu pubblicato nel 1712. Purtroppo, i colleghi non le prestarono attenzione e Reaumur abbandonò questi studi.
Solo 28 anni dopo, il naturalista svizzero Abraham Tremblay continuò i suoi esperimenti sulla rigenerazione. La creatura su cui ha sperimentato non aveva nemmeno un nome in quel momento. Inoltre, gli scienziati non sapevano ancora se fosse un animale o una pianta. Lo stelo cavo con i tentacoli, con la sua estremità posteriore attaccata al vetro dell'acquario o alle piante acquatiche, si è rivelato un predatore, e anche piuttosto sorprendente.
Negli esperimenti del ricercatore, singoli frammenti del corpo di un piccolo predatore si sono trasformati in individui indipendenti, un fenomeno noto fino ad allora solo nel mondo vegetale. E l'animale continuava a stupire lo scienziato naturale: nel sito dei tagli longitudinali all'estremità anteriore del polpaccio, effettuati dallo scienziato, crescevano nuovi tentacoli, trasformandosi in un "mostro a più teste", un'idra mitica in miniatura, che, secondo gli antichi greci, combatteva Ercole.
Non sorprende che l'animale da laboratorio abbia ricevuto lo stesso nome. Ma l'idra oggetto di ricerca aveva caratteristiche ancora più meravigliose del suo omonimo di Lerna. È cresciuta fino a raggiungere anche 1/200 del suo corpo di un centimetro!
La realtà ha superato le favole! Ma i fatti che oggi sono noti a tutti gli scolari, pubblicati nel 1743 negli "Atti della Royal Society of London", sembravano non plausibili al mondo scientifico. E poi Tremblay affiancato stavolta dal già autorevole Reaumur, confermando l'affidabilità delle sue ricerche.
L'argomento "scandaloso" ha subito attirato l'attenzione di molti scienziati. E presto l'elenco degli animali con la capacità di rigenerarsi si è rivelato piuttosto impressionante. È vero, per molto tempo si è creduto che solo gli organismi viventi più bassi avessero un meccanismo di auto-rinnovamento. Gli scienziati hanno poi scoperto che gli uccelli possono far crescere il becco, mentre i giovani topi e ratti possono crescere la coda.
Anche i mammiferi e gli esseri umani hanno tessuti con un grande potenziale in quest'area: molti animali cambiano regolarmente la loro pelliccia, le squame dell'epidermide umana si rinnovano, i capelli tagliati e le barbe rasate crescono.
L'uomo è una creatura non solo estremamente curiosa, ma anche appassionatamente disposta a usare qualsiasi conoscenza per il proprio bene. Pertanto, è abbastanza comprensibile che a un certo punto nello studio dei misteri della rigenerazione, è sorta la domanda: perché sta accadendo ed è possibile causare la rigenerazione artificialmente? E perché i mammiferi superiori hanno quasi perso questa capacità?
In primo luogo, gli esperti hanno notato che la rigenerazione è strettamente correlata all'età dell'animale. Più è giovane, più facile e veloce sarà la riparazione del danno. In un girino, la coda mancante ricresce facilmente, ma la perdita della zampa di una vecchia rana la rende disabilitata.
Gli scienziati hanno studiato le differenze fisiologiche e il metodo utilizzato dagli anfibi per "autoripararsi" è diventato chiaro: si è scoperto che nelle prime fasi dello sviluppo, le cellule di una futura creatura sono immature e la direzione del loro sviluppo potrebbe cambiare. Ad esempio, esperimenti su embrioni di rana hanno dimostrato che quando un embrione ha solo poche centinaia di cellule, un pezzo di tessuto che è destinato a diventare una pelle può essere tagliato da esso e posizionato in un'area del cervello. E questo tessuto … diventerà parte del cervello!
Se tale operazione viene eseguita con un embrione più maturo, la pelle si svilupperà comunque dalle cellule della pelle, proprio nel mezzo del cervello. Pertanto, gli scienziati hanno concluso che il destino di queste cellule è già predeterminato. E se per le cellule della maggior parte degli organismi superiori non c'è via di ritorno, allora le cellule degli anfibi sono in grado di invertire il tempo e tornare al momento in cui la loro destinazione potrebbe cambiare.
Qual è questa straordinaria sostanza che consente agli anfibi di "autoripararsi"? Gli scienziati hanno scoperto che se un tritone o una salamandra perdono le zampe, nella zona danneggiata del corpo le cellule delle ossa, della pelle e del sangue perdono le loro caratteristiche distintive.
Tutte le cellule secondariamente "neonate", chiamate blastema, iniziano a dividersi intensamente. E secondo i bisogni del corpo, diventano cellule di ossa, pelle, sangue … per diventare alla fine una nuova zampa. E se al momento della "autoriparazione" si collega l'acido tretinoico (acido vitamina A), allora aumenta così fortemente le capacità rigenerative delle rane che crescono tre zampe invece di una persa.
Per molto tempo è rimasto un mistero il motivo per cui il programma di rigenerazione è stato soppresso negli animali a sangue caldo. Ci possono essere diverse spiegazioni. Il primo si riduce al fatto che le persone a sangue caldo hanno priorità leggermente diverse per la sopravvivenza rispetto a quelle a sangue freddo. Le ferite cicatriziali sono diventate più importanti della rigenerazione totale, perché hanno ridotto le possibilità di sanguinamento fatale in caso di lesioni e l'introduzione di un'infezione mortale.
Ma potrebbe esserci un'altra spiegazione, molto più oscura: il cancro, cioè il rapido recupero di una vasta area di tessuto danneggiato implica l'emergere delle stesse cellule in rapida divisione in un determinato luogo. Questo è ciò che si osserva durante l'insorgenza e la crescita di un tumore maligno. Pertanto, gli scienziati ritengono che sia diventato vitale per il corpo distruggere le cellule in rapida divisione e, pertanto, le possibilità di una rapida rigenerazione sono state soppresse.
Il dottore in scienze biologiche Petr Garyaev, accademico dell'Accademia russa di scienze mediche e tecniche, afferma: "La rigenerazione non è scomparsa, solo gli animali superiori, inclusi gli esseri umani, si sono rivelati più protetti dalle influenze esterne e la completa rigenerazione non era così necessaria".
In una certa misura, è sopravvissuto: ferite e tagli sono guariti, la pelle sbucciata viene ripristinata, i capelli crescono e il fegato si rigenera parzialmente. Ma la mano mozzata non cresce più, così come non crescono gli organi interni invece di quelli che hanno cessato di funzionare. La natura ha semplicemente dimenticato come farlo. Forse dovremmo ricordarglielo.
Come sempre, Sua Maestà Chance ha aiutato. L'immunologa Helene Heber-Katz di Filadelfia una volta ha affidato alla sua assistente di laboratorio il solito compito: perforare le orecchie dei topi di laboratorio per etichettarli. Un paio di settimane dopo, Heber-Katz è venuto dai topi con etichette già pronte, ma … non ha trovato buchi nelle orecchie.
Lo abbiamo fatto di nuovo e abbiamo ottenuto lo stesso risultato: nessun accenno di ferita guarita. Il corpo dei topi ha rigenerato i tessuti e la cartilagine riempiendo i buchi di cui non avevano bisogno. Herber-Katz ne trasse l'unica conclusione corretta: il blastema è presente nelle aree danneggiate delle orecchie, le stesse cellule non specializzate degli anfibi.
Ma i topi sono mammiferi, non dovrebbero avere questa capacità. Continuarono gli esperimenti sugli sfortunati roditori. Gli scienziati hanno tagliato pezzi di coda per i topi e … hanno ottenuto il 75% di rigenerazione! È vero, nessuno ha nemmeno provato a tagliare le zampe dei "pazienti" per un motivo ovvio: senza cauterizzazione, il topo morirà semplicemente per una forte perdita di sangue molto prima che inizi la rigenerazione dell'arto perso (se non del tutto). E la moxibustione esclude la comparsa del blastema. Quindi non è stato possibile trovare un elenco completo delle capacità rigenerative dei topi. Tuttavia, abbiamo già imparato molto.
È vero, c'era un "ma". Questi non erano normali topi domestici, ma animali domestici speciali con un sistema immunitario danneggiato. La prima conclusione dei suoi esperimenti Heber-Katz l'ha fatta: la rigenerazione è inerente solo agli animali con cellule T distrutte - cellule del sistema immunitario.
Ecco il problema principale: gli anfibi non ce l'hanno. Ciò significa che l'indizio di questo fenomeno è radicato nel sistema immunitario. La seconda conclusione: i mammiferi hanno gli stessi geni necessari per la rigenerazione dei tessuti degli anfibi, ma i linfociti T non consentono a questi geni di funzionare.
La terza conclusione: gli organismi avevano originariamente due metodi di guarigione dalle ferite: il sistema immunitario e la rigenerazione. Ma nel corso dell'evoluzione, i due sistemi sono diventati incompatibili tra loro e i mammiferi hanno scelto i linfociti T perché sono più importanti, poiché sono l'arma principale del corpo contro i tumori.
A che serve riuscire a far ricrescere una mano persa se allo stesso tempo le cellule cancerose crescono rapidamente nel corpo? Si scopre che il sistema immunitario, proteggendoci dalle infezioni e dal cancro, allo stesso tempo sopprime la nostra capacità di "autoripararsi".
Ma è davvero impossibile inventare qualcosa, perché vuoi davvero non solo il ringiovanimento, ma il ripristino delle funzioni vitali del corpo? E gli scienziati hanno trovato, se non una panacea per tutti i mali, l'opportunità di avvicinarsi un po 'alla natura, però, non grazie al blastema, ma alle cellule staminali. Si è scoperto che gli esseri umani hanno un diverso principio di rigenerazione.
Per molto tempo si sapeva che solo due tipi di cellule possono rigenerarsi: le cellule del sangue e del fegato. Quando l'embrione di un mammifero si sviluppa, alcune cellule vengono escluse dal processo di specializzazione.
Queste sono cellule staminali. Hanno la capacità di reintegrare il sangue o le cellule epatiche morenti. Il midollo osseo contiene anche cellule staminali, che possono diventare muscoli, grasso, ossa o cartilagine, a seconda dei nutrienti che vengono loro somministrati in laboratorio.
Ora gli scienziati dovevano testare empiricamente se esisteva la possibilità di "lanciare" l '"istruzione" registrata nel DNA di ciascuna delle nostre cellule per la crescita di nuovi organi. Gli esperti erano convinti che fosse sufficiente forzare il corpo ad "attivare" le sue capacità, e poi il processo si prenderà cura di se stesso. È vero, la capacità di far crescere gli arti si imbatte immediatamente in un problema temporaneo.
Ciò che un corpo minuscolo riesce facilmente a gestire va oltre il potere di un adulto: i volumi e le dimensioni sono molto più grandi. Non possiamo fare come fanno i tritoni: formare un arto molto piccolo e poi farlo crescere. Per questo, gli anfibi hanno bisogno solo di un paio di mesi, perché una persona possa far crescere una nuova gamba alle sue dimensioni normali, secondo il calcolo dello scienziato inglese Jeremy Brox, ci vogliono almeno 18 anni …
Ma gli scienziati hanno trovato molto lavoro per le cellule staminali. Tuttavia, prima devi dire come e da dove vengono ottenuti. Gli scienziati sanno che il maggior numero di cellule staminali si trova nel midollo osseo del bacino, ma in qualsiasi adulto hanno già perso le loro proprietà originali. La più promettente è la risorsa di cellule staminali ottenute dal sangue del cordone ombelicale.
Ma dopo il parto, i ricercatori possono raccogliere solo da 50 a 120 ml di tale sangue. Da ogni 1 ml vengono rilasciate 1 milione di cellule, ma solo l'1% di esse sono cellule progenitrici. Questa riserva personale della riserva riparatrice del corpo è estremamente piccola e quindi inestimabile. Pertanto, le cellule staminali sono ottenute dal cervello (o da altri tessuti) degli embrioni - un materiale per l'aborto, non importa quanto sia triste parlarne.
Possono essere isolati, inseriti in colture tissutali, dove inizierà la riproduzione. Queste cellule possono vivere in coltura per oltre un anno e possono essere utilizzate per qualsiasi paziente. Le cellule staminali possono essere isolate dal sangue del cordone ombelicale e dal cervello degli adulti (ad esempio, durante la neurochirurgia).
E può essere isolato dal cervello del defunto di recente, poiché queste cellule sono resistenti (rispetto ad altre cellule del tessuto nervoso), si conservano quando i neuroni sono già degenerati. Le cellule staminali estratte da altri organi, come il rinofaringe, non sono così versatili nella loro applicazione.
Inutile dire che questa direzione è straordinariamente promettente, ma non è stata ancora completamente esplorata. In medicina, è necessario misurare sette volte, quindi ricontrollare per dieci anni per assicurarsi che una panacea non comporti alcun problema, ad esempio uno spostamento immunitario. Anche gli oncologi non hanno detto il loro pesante "sì". Tuttavia, ci sono già successi, tuttavia, solo a livello di sviluppi di laboratorio, esperimenti su animali superiori.
Prendiamo ad esempio l'odontoiatria. Scienziati giapponesi hanno sviluppato un sistema di trattamento basato su geni responsabili della crescita dei fibroblasti, gli stessi tessuti che crescono intorno ai denti e li trattengono. Hanno testato il loro metodo su un cane che aveva precedentemente sviluppato una grave malattia parodontale.
Quando tutti i denti sono caduti, le aree colpite sono state trattate con una sostanza che include questi stessi geni e l'agar-agar, una miscela acida che fornisce un mezzo nutritivo per la proliferazione cellulare. Sei settimane dopo, le zanne del cane sono esplose.
Lo stesso effetto è stato osservato in una scimmia con i denti tagliati alla base. Secondo gli scienziati, il loro metodo è molto più economico delle protesi e per la prima volta consente a un numero enorme di persone di restituire letteralmente i denti. Soprattutto se si considera che dopo 40 anni, l'80% della popolazione mondiale è incline alla malattia parodontale.
In un'altra serie di esperimenti, la camera del dente è stata riempita con segatura di dentina (che svolge il ruolo di induttore) con il tessuto connettivo della gomma (anfodonto) come materiale reattivo. E anche l'anfodonto si è trasformato in dentina. I dentisti britannici sperano nel prossimo futuro di passare da esperimenti di successo sui topi a ulteriori ricerche di laboratorio. Secondo stime prudenti, gli "impianti staminali" costeranno lo stesso delle protesi convenzionali in Inghilterra - da £ 1.500 a £ 2.000.
Gli studi hanno dimostrato che le persone con insufficienza renale devono riportare in vita solo il 10% delle loro cellule renali per smettere di fare affidamento su una macchina per dialisi.
E la ricerca in questa direzione va avanti da molti anni. Quanto è importante: non cucire, ma crescere di nuovo, non sedersi sulle pillole, ma ripristinare una funzione sana grazie alle capacità nascoste del corpo.
In particolare, è stato trovato un modo per far crescere nuove cellule beta nel pancreas che producono insulina, promettendo a milioni di diabetici di sbarazzarsi delle iniezioni quotidiane. E gli esperimenti sulla possibilità di utilizzare le cellule staminali nella lotta al diabete sono già in fase di completamento.
Sono inoltre in corso lavori per la creazione di fondi che includano la rigenerazione. Ontogeny ha sviluppato un fattore di crescita denominato OP1 che sarà presto disponibile per la vendita in Europa, Stati Uniti e Australia. Stimola la crescita di nuovo tessuto osseo. OP1 aiuterà nel trattamento di fratture complesse in cui i due pezzi di osso rotto sono troppo fuori allineamento tra loro e quindi non possono guarire.
Spesso in questi casi l'arto viene amputato. Ma OP1 stimola il tessuto osseo in modo che inizi a crescere e riempia lo spazio tra le parti dell'osso rotto. All'Istituto russo di traumatologia e ortopedia, i ricercatori ottengono cellule staminali dal midollo osseo. Dopo 4-6 settimane di riproduzione in coltura, vengono trapiantate nell'articolazione, dove ricostruiscono le superfici cartilaginee.
Qualche anno fa, un gruppo di genetisti britannici ha rilasciato una dichiarazione clamorosa: iniziano a lavorare sulla clonazione del cuore. Se l'esperimento avrà successo, non ci sarà bisogno di trapianti di tessuto. Ma è improbabile che la genetica ondulatoria sia limitata alla rigenerazione dei soli organi interni e gli scienziati sperano che impareranno a "far crescere" gli arti per i pazienti.
Anche nel campo della ginecologia le cellule staminali sono molto promettenti. Purtroppo, molte giovani donne oggi sono condannate all'infertilità: le loro ovaie hanno smesso di produrre uova.
Ciò spesso significa che il pool di cellule da cui derivano i follicoli è stato esaurito. Pertanto, è necessario cercare meccanismi che li reintegrino. I primi risultati incoraggianti in questo settore sono apparsi di recente.
Gli scienziati stanno già vedendo come salvare le persone a cui è stata diagnosticata la cirrosi epatica. Credono che in alcune fasi dello sviluppo della malattia, il trapianto di un intero organo possa essere sostituito dall'introduzione di sole cellule staminali (attraverso il letto arterioso, punture dirette, trapianto cellulare diretto nel tessuto epatico). Gli specialisti del Centro di chirurgia dell'Accademia russa di scienze mediche hanno avviato uno studio pilota ei primi risultati sono incoraggianti.
Sviluppi preliminari molto interessanti sono effettuati da scienziati ucraini nel campo delle malattie cardiovascolari. Già oggi hanno accumulato prove sperimentali che l'introduzione di cellule staminali in pazienti con infarto miocardico o ischemia grave è un metodo di trattamento promettente.
I primi esperimenti clinici con il trapianto di cellule staminali, iniziati presso l'Università di Pittsburgh negli Stati Uniti, hanno dato buoni risultati in pazienti critici che hanno subito ictus ischemico o emorragico. Dopo la terapia cellulare, la riabilitazione neurologica è chiaramente visibile in loro.
Sfortunatamente, le statistiche spaventose sul numero di bambini con danni cerebrali intrauterini, inclusa la paralisi cerebrale, sono molto note. È già stato dimostrato che se tali bambini iniziano il trapianto di cellule staminali (o una terapia mirata a stimolarli, cioè a localizzare le proprie cellule endogene nella zona interessata), allora dopo il primo anno di vita si osserva spesso che anche con la conservazione delle cellule anatomiche dei difetti cerebrali, i bambini hanno sintomi neurologici minimi.
Tecnologie di trapianto di cellule staminali sviluppate in modo efficace possono cambiare completamente le nostre vite. Ma questo è il futuro, e oggi quest'area di conoscenza non ha nemmeno un nome, solo opzioni: "terapia cellulare", "trapianto di cellule staminali", "medicina della rigenerazione", persino "ingegneria dei tessuti" e "ingegneria degli organi".
Ma è già possibile enumerare tutte le possibilità di questa nuova direzione. Non a caso si dice che il XXI secolo sarà segnato dalla biologia e, forse, l'esperienza della rigenerazione, preservata per milioni di anni da anfibi e protozoi, aiuterà l'umanità.
