11 месяцев назад
Нету коментариев

Различия в регенерационной способности у животных разных видов были обнаружены итальянским нату­ралистом Ладзаро Спалланцани, впервые поставив­шим изучение регенерации на путь эксперимента. Эти различия показались ему во многом загадоч­ными. Особенно тот факт, что головастики восстанав­ливали утраченные конечности, а превратившись в лягушек, теряли эту способность. Результаты опытов натолкнули его на следующие размышления:

Но если животные способны восстанавливать ко­нечности в молодом возрасте, почему же они не делают этого в своем дальнейшем развитии?.. Можно ли отнести столь удивительную способ­ность к восстановлению лишь за счет действия водной среды, в которой обитают молодые жи­вотные? Но ведь этому противоречат наблюдения над саламандрами, которые восстанавливают части своего тела и при жизни на суше. Далее, предполагая, что способность к восстановле­нию конечностей, которую ему удалось наблюдать у земноводных, не обязательно ограничивается живот­ными этой группы, но может, хотя бы и в скрытой форме, быть присуща человеку, Спалланцани опти­мистично продолжает:

Если вышеупомянутые животные, как водные, так и земноводные, восстанавливают свои конеч­ности, когда их содержат на суше, почему не представить, что другие животные, обитающие на суше постоянно… и лучше известные нам, не на­делены той же силой? Быть может, они приобре­тают способность к восстановлению с помощью каких-либо полезных усовершенствований? И сле­дует ли считать химерой надежду на то, что мы сами сможем когда-нибудь воспользоваться по­добной силой природы?

Сегодня, перед лицом огромных успехов во всех областях науки о живом, при непрерывном росте понимания биологических процессов на клеточном и молекулярном уровнях взгляд на проблему регенера­ции конечностей у человека как на абсолютно нераз­решимую едва ли имеет приверженцев. Оптимизм в оценке проблемы основан на конкретных достижениях науки о регенерации в последние десятилетия. Используя различные подходы, исследователи откры­ли за это время некоторые из «полезных усовершен­ствований», о которых мечтал Спалланцани. Ученым удалось выявить регенерацию конечностей у высших позвоночных, у которых подобная способность в естественных условиях никогда не встречалась.

РЕГЕНЕРАЦИЯ КОНЕЧНОСТЕЙ У ВЗРОСЛЫХ ЛЯГУШЕК И ПРЕСМЫКАЮЩИХСЯ

Для объяснения различий в регенерационной способ­ности представителей разных классов позвоночных Маркус Сингер предложил теорию «порогового уров­ня нервного обеспечения. Согласно этой теории, по мере совершенствования центральной нервной си­стемы в процессе эволюции животных количество нервной ткани в периферических частях тела умень­шается. Так число нервов в конечностях высших позвоночных оказывается ниже порогового уровня, способного обеспечить регенерацию. Концепция поро­гового уровня иннервации отталкивалась, как вы помните, от опытов, показавших, что для обеспече­ния регенерации в конечности тритона должно сохра­ниться определенное число неповрежденных нервных волокон. В конечностях лягушек и более высокоорга­низованных позвоночных число нервных волокон ока­залось ниже постулированного теорией порогового уровня. Как же проверить истинность этой теории и по возможности — более прямым путем?

Для осуществления этой задачи ученые поставили ряд экспериментов. Первый из них иллюстрируется схемой, представленной на рис. 45. Была сделана по­пытка увеличить нормальную иннервацию культи пе­редней конечности взрослой лягушки путем вживле­ния в нее седалищного нерва из задней конечности того же животного. Ученые надеялись таким способом дополнительно обеспечить конечность нервной тканью и, может быть, стимулировать регенерационную спо­собность животного. В обычных условиях после ампу­тации конечности у взрослой лягушки поверх ране­вого края культи нарастают эпидермис и дерма. Между этой шапочкой эпителиальных клеток и тка­нями культи формируется слой фиброзной соедини­тельной ткани, который препятствует дедифференци­ровке и последующей регенерации. Но если направ­ление хода нерва изменить указанным выше образом, удается в значительной мере достигнуть цели, ради которой ставился опыт. Уже через две-три недели после произведенных операций видны явные приз­наки вторичного роста, указывающие на дедифферен­цировку и формирование бластемы в культе. Затем рост конечности проходил ряд стадий, обычно наблю­даемых в восстанавливающихся конечностях сала­мандр. Через восемь-десять недель после операции, то есть в заключительных стадиях регенерации, на­блюдалось образование самых разных форм конечностей. В одних случаях намечался изгиб конечности, как бы образование локтевого сустава; в других — конец конечности уплощался, напоминая формирование кисти в регенерате конечности аксо­лотля; в третьих — на растущем конце культи форми­ровались неровности, как будто здесь закладывались пальцы. В целом ту или иную степень развития вос­становительного процесса демонстрировали почти все 100% оперированных лягушек. Этот результат — серьезное доказательство справедливости исходной гипотезы Сингера.

Вызов регенерации передней конечности лягушки

Вызов регенерации передней конечности лягушки

Поскольку опыты с отклонением хода нерва на взрослых лягушках прошли удачно, ученые попыта­лись повторить их с более высокоорганизованной группой позвоночных — пресмыкающимися. Хотя не­которые представители этого класса и восстанавли­вают хвост, регенерация конечностей у них при нормальных условиях никогда не происходит. В опыте с хамелеоном (представитель семейства хамелеоно­вых подотряда ящериц) сразу после ампутации 8 культю задней конечности вживляли седалищный нерв из другой задней конечности. В 50% случаев животные с конечностью, «обогащенной» нервной тканью, демонстрировали определенные признаки регенерации. Правда, у этих пресмыкающихся реге­нерационная способность восстанавливалась не так легко, как у лягушек. Тем не менее увеличение коли­чества нервной ткани несомненно стимулировало в какой-то степени регенерацию конечности хамелеона. «Пороговая теория» получила, таким образом, допол­нительное экспериментальное обоснование.

ИЗМЕНЕНИЯ В НАПРАВЛЕНИИ ХОДА НЕРВОВ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ КОНЕЧНОСТИ

Опыты с изменением направления хода нервов были поставлены и на тритонах. Это кажется странным, ведь конечности саламандр регенерируют и без до­полнительной иннервации. Но подсадка нерва в этом случае создавала еще одну возможность изучения роли нервной ткани в процессе регенерации. Опыты показали, что вживление нерва в участок тела, не являющийся в норме местом формирования конеч­ности, создало индуцирующий импульс для образова­ния новой конечности.

Прежде всего на грудном участке тела тритона и граничащем с ним участке передней конечности вы­деляли прямоугольный лоскут кожи. Все манипуля­ции проводили с обезболиванием. Подлежащие мыш­цы груди слегка рассекались острыми ножницами. При подобной операции ткани груди подвергались примерно той же степени повреждения, что и ткани культи при отсечении конечности тритона. После этого выделяли плечевой нерв передней конечности, освобождая его от окружающих тканей. Нерв разрезали на уровне локтевого сгиба и вживляли в рассеченные мышцы там, где конечность отходит от туловища.

Последующие события точно напоминали ход ре­генерации конечности у тритона в обычных условиях. Примерно через 40 дней в месте вживления нерва образовывалась маленькая, но вполне сформирован­ная дополнительная конечность с хорошо развитыми костями и мускулатурой (рис. 46). Этот опыт еще раз продемонстрировал роль нервной ткани в качест­ве активизирующего и регулирующего фактора в регенерационном процессе.

Дополнительная конечность у тритона

Дополнительная конечность у тритона

РЕГЕНЕРАЦИЯ КОНЕЧНОСТЕЙ У МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Успех операций по отклонению хода нервов у земно­водных и пресмыкающихся привел к попыткам акти­визировать подобным же образом регенерацию у млекопитающих. В качестве подопытных животных для проверки концепции порогового уровня нервной ткани выбрали опоссумов. Поскольку млекопитающие являются самой высокоорганизованной группой жи­вотных в эволюционном ряду, а человек принадлежит к этой группе, возможность получения положитель­ного результата вызывала понятное нетерпение. Выбор подопытного животного был продиктован на­блюдением, что «молодые» ткани обладают наиболь­шей регенерационной способностью. Вспомните два хорошо известных вам примера. Личиночные формы многих саламандр регенерируют значительно быстрее, чем взрослые саламандры, что же касается голова­стиков, то их регенерационная способность практи­чески полностью исчезает при метаморфозе в лягуш­ку. Детеныш опуссума рождается недоразвитым. Время развития зародыша в матке матери очень непродолжительно — не более 12—13 дней. Покинув родовые пути, маленькие опоссумы заканчивают ран­ний этап развития в особой сумке для вынашивания детенышей на животе матери. В этой сумке они легко доступны экспериментатору и в то же время оберегаются матерью и обеспечиваются ею пищей (рис. 47).

Выводок опоссума менее чем через 24 часа после родов в сумке матери

Выводок опоссума менее чем через 24 часа после родов в сумке матери

Опоссумов отлавливали и сажали в клетку, чтобы знать точный возраст потомства. Поскольку никто не изучал, регенерируют конечности у новорожден­ных опоссумов или нет, этот процесс был иссле­дован в нормальных условиях, без каких-либо допол­нительных вмешательств. Перед началом опыта ане­стезировали родившую самку и открывали ее сумку настолько, чтобы извлечь новорожденных опоссумов для операции на микроманипуляторе. Конечности крошечных зверьков отсекали на уровне лодыжки или запястья и затем через небольшие промежутки времени осматривали, чтобы узнать, появились при­знаки регенерации или нет. В большинстве случаев процесс ограничивался лишь заживлением раны, и только у одного опоссума сформировалась типичная бластема. Микроскопическое исследование показало, что практически у всех животных клетки культи проявляли тенденцию к дедифференцировке.

Эти результаты вдохновили исследователей на попытки получить более выраженную регенерацион­ную реакцию путем повышения уровня снабжения конечности нервной тканью. Но вместо проведения операции по изменению хода нервов ученые восполь­зовались другим способом снабжения дополнительной нервной тканью. У части новорожденных опоссумов после их умерщвления извлекали передний мозг. Его разрезали в охлажденном физиологическом раст­воре и каждый кусочек вживляли в канальцы, проде­ланные заостренной стеклянной трубочкой в под­лежащей ампутации конечности одно-двухдневных опоссумов.

Опоссум представляет собой идеальную модель для такого эксперимента. Большинство млекопитаю­щих за время эмбрионального развития приобретают способность к иммунной реакции. В результате в любое время после рождения организм отторгнет ткань, пересаженную от другого животного. Лимфо­циты, вырабатываемые тимусом, направляются к чужеродной ткани и полностью разрушают ее струк­туру. К счастью, степень развития новорожденных опоссумов столь невысока, что тимус к моменту появления животных на свет лишь начинает закла­дываться. Поэтому в первые недели жизни иммун­ный механизм еще не действует, а значит, и переса­женные чужеродные ткани не отторгаются.

Через 2—4 дня после операции конечности, в ко­торые была вживлена нервная ткань, подвергались ампутации. Приблизительно четвертая часть опери­рованных опоссумов демонстрировала регенерацию конечностей. Через 18 дней после ампутации форми­ровались вполне узнаваемые структуры ступни, а через 32 дня уже были видны три пальца (рис. 48). В нескольких опытах вместо кусочков мозга имплан­тировали ткани иного происхождения, но тогда ампу­тированная конечность не регенерировала. Это позволяет с уверенностью сказать, что именно введение «в систему» дополнительной нервной ткани было решающим в восстановлении конечности опос­сума.

Задняя конечность 24-дневного опоссума

Задняя конечность 24-дневного опоссума

БИОЭЛЕКТРИЧЕСТВО И РЕГЕНЕРАЦИЯ

Отсутствие у высших позвоночных способности к вос­становлению утраченных конечностей исследовалось с использованием н другого подхода. Если поместить электроизмерительный прибор на растение или жи­вотное, нетрудно обнаружить на нем как положи­тельно, так и отрицательно заряженные участки. Такие участки называют биоэлектрическими полями. По-видимому, между двумя точками тела с противо­положными зарядами происходит передача биоэлек­трического потенциала. Уже давно предполагают связь между биоэлектрическими потенциалами и раз­личными ростовыми процессами, но лишь сравни­тельно недавно начаты исследования влияния био­электрических факторов на процесс регенерации ко­нечностей.

Первым этапом этих исследований было опреде­ление заряженных полей на коже взрослых тритонов. Локализацию и напряжение биотоков (выраженное в милливольтах) переносили на контур тела живот­ных (рис. 49). Полученная диаграмма составлена из пунктирных линий, соединяющих точки, несущие оди­наковый заряд и одинаковую силу тока. Если подобное распределение биополей сравнить с диаграммой, на которой представлено общее строение нервной системы тритонов, то видно, что положительно заря­женные зоны совпадают с тремя основными точками тела тритона, где сосредоточена нервная ткань, а отрицательно заряженные зоны соответствуют местам ответвления нервов от центральных масс нервных клеток. Измерения, проведенные в разных участках верхней конечности, показали, что величина отрица­тельного электрического заряда постепенно нарастала от плечевого отдела к кончикам пальцев.

Диаграмма распределения биоэлектрических полей у тритонов

Диаграмма распределения биоэлектрических полей у тритонов

Характер биотоков у амфибий с высокой и слабой регенерационной способностью

Изменяются ли биоэлектрические потенциалы при ампутации конечности у тритона? Чтобы ответить на этот вопрос, измерительный прибор помещали у са­мой линии отсечения конечности. Результаты измере­ния показали, что сразу же после ампутации электри­ческий заряд конечности изменился на противополож­ный (стал положительным). По мере заживления раны и восстановления конечности проводились даль­нейшие измерения. Положительный заряд поддержи­вался в зоне регенерата на протяжении шести дней, хотя напряженность его не была стабильной. Пример­но на восьмой день после операции, когда активно фор­мировалась бластема, напряжение биотоков резко па­дало, и в зоне появлялся отрицательный заряд с напря­жением, значительно превосходившим исходное. Позд­нее, в период редифференцировки и восстановления формы конечности, напряжение биотоков постепенно возвращалось к исходному уровню (рис. 50).

Изменения биоэлектрических потенциалов во время регенерации конечностей у саламандр

Изменения биоэлектрических потенциалов во время регенерации конечностей у саламандр

У неоперированных лягушек распределение био­электрических полей совпадало с тем, которое на­блюдается у тритонов. Каких же изменений био­электричества следует ожидать у них после ампута­ции конечности, учитывая, что во взрослом состоянии эти животные утрачивают способность к регенерации?

У лягушек после ампутации конечности также на­блюдалась перемена заряда от отрицательного к по­ложительному, однако положительный заряд поддер­живался значительно дольше, а возвращение к исход­ному отрицательному происходило крайне медленно — без резкого скачка, как у тритонов (рис. 51). Поскольку хорошо известно, что у лягушек не проис­ходит необходимой для образования бластемы дедифференцировки клеток культи, вполне логично связать феномен «переключения» заряда конечности с формированием у тритонов бластемы.

Изменения биоэлектрических потенциалов во время регенерации конечностей у лягушек

Изменения биоэлектрических потенциалов во время регенерации конечностей у лягушек

И тут же перед исследователями встал вопрос: «Что нужно сделать для повышения отрицательного заряда в ампутированной конечности лягушки?» — поскольку подобное изменение может стимулировать угасшую регенерационную способность. В поисках ответа было предложено несколько интересных мето­дов. В одном из них прикладывание к культям ко­нечностей лягушек электродов очень скоро сопро­вождалось признаками дедифференцировки клеток, образования бластемы и частичной регенерации. Дру­гой метод состоял в препарировании части основного нервного ствола передней конечности лягушки и соединении его с проводником электрического тока. После ампутации этой конечности к культе подавался электрический импульс, по заряду и напряжению имитировавший нормальный биоэлектрический потен­циал конечности. В этом случае удалось получить желаемый результат: у большинства лягушек выяв­лялись четкие признаки восстановительного роста, хотя и в очень широком диапазоне — от типичной конической бластемы до асимметричных разрастаний ткани, имеющих отдаленное сходство с формирую­щимися пальцами.

Биотоки и переломы костей

В нашем рассказе о биоэлектричестве и регенерации есть еще один интересный аспект. Восстановление костей после переломов — общепризнанный пример регенерационного процесса. Совсем недавно исследо­ватели заметили, что переломы костей у земновод­ных сопровождаются определенным изменением био­электрического потенциала. Это заставило их про­вести более углубленное изучение данного процесса. После перелома ткани, окружающие поврежден­ную кость, как бы приподнимаются над местом по­вреждения за счет кровоизлияния и образования ге­матомы — скопления кровяных клеток и соединитель­нотканных волокон в результате повреждения крове­носных сосудов. Была сделана серия электронно-микроскопических снимков, показывающих состояние красных кровяных клеток (эритроцитов) через разные промежутки времени после перелома. Фотографии показали, что клетки крови начинали дедифференци­роваться вскоре после образования гематомы. Изме­нения происходили в определенном порядке. Типич­ный эритроцит земноводных имеет овальную форму и четко очерченное плотное ядро. Поскольку основ­ная функция эритроцита — снабжение различных клеток организма кислородом и выведение угле­кислоты, его цитоплазма заполнена гемоглобином, белком, способным соединяться с тем или другим газом. В цитоплазме эритроцитов, взятых из гема­томы через два часа после перелома, практически уже не оставалось гемоглобина, кроме того, клетки были в значительной степени округлившимися. Естественно, проследить судьбу одной и той же клетки не удалось, но на микрофотографиях, полу­ченных через большие промежутки времени, выявля­лась дальнейшая дедифференцировка эритроцитов и их постепенное превращение в неспециализирован­ные клетки эмбрионального типа. Общий вид этих клеток крови мало чем отличался от клеток бласте­мы в регенерирующей культе конечности земно­водных.

Дальнейшие наблюдения показали, что примерно через три недели после перелома начинается редиф­ференцировка неспециализированных клеток гема­томы и на месте дедифференцированных эритроцитов формируется «гребешок» хряща. Это образование по­степенно замещается новообразованной костной тканью, и еще через 1—3 недели процесс заживления кости заканчивается.

Влияние электричества на культуру эритроцитов

Из изложенного можно заключить, что между всплес­ком биоэлектрического потенциала, сопровождаю­щим перелом, и дедифференцировкой эритроцитов внутри гематомы существует некая причинная связь. Для проверки этого предположения был поставлен следующий эксперимент.

Брали пробу свежей крови земноводных и поме­щали ее в закрытую стеклянную или пластмассовую камеру. На клетки, находящиеся в камере, воздейст­вовали токами различной силы, но малого напряже­ния. За состоянием эритроцитов вели непрерывное наблюдение в микроскоп. Вскоре было обнаружено, что при определенных силах тока красные кровяные клетки проходят начальные этапы дедифференци­ровки. Часть этих клеток перенесли в культуральную среду и сохраняли в ней до 10 дней. На электронных микрофотографиях изменения культивируемых эри­троцитов были очень похожи на изменения дедифференцирующихся клеток гематомы, наблюдаемые в естественных условиях. Таким образом, слабые электрические раздражения приводили к тому, что клетки утрачивали все признаки специализации.

Индукция регенерации у млекопитающих с помощью биоэлектричества

Могут ли исследования биотоков оказаться полез­ными для стимуляции восстановления конечностей млекопитающих? Многие исследователи отвечают на этот вопрос однозначно. Они считают, что биоэлек­трические явления сопровождают процесс ампутации конечностей у всех позвоночных, однако у форм, не способных к регенерации, сила биотоков недоста­точна для стимуляции дедифференцировки клеток. Соответственно у них не происходит и формирования бластемы. Если это так, то могут быть найдены пути активизации биоэлектрических потенциалов в куль­тях конечностей млекопитающих (например, с по­мощью методов, использованных у лягушек), которые должны приводить к определенному уровню развития восстановительных процессов.

Убедительное подтверждение этой теории получил Роберт О. Беккер, ученый-ортопед, работающий в госпитале для ветеранов в городе Сиракузы, штат Нью-Йорк. Именно доктору Беккеру принадлежит большая часть той работы по биоэлектрическим по­тенциалам, с которой мы только что познакомились. Недавно он поставил эксперимент, в котором к ра­невому краю ампутированных конечностей молодых крыс приложил электрический потенциал, после чего у них появились признаки регенерации. Ампутацию конечностей проводили у двадцати однодневных крыс на уровне верхней части плечевой кости; под остаю­щуюся часть мускулатуры Беккер вживлял электроды. Выбор силы тока основывался на результатах экспериментов с земноводными. Некоторые крысы получали воздействие током той же силы, которая вызывала дедифференцировку у культивируемых на искусственных средах эритроцитов. В контрольных опытах величина тока была выше или ниже этого уровня, либо электростимуляцию не проводили совсем.

Через определенные интервалы после ампутации конечности удаляли и подвергали гистологической обработке. Микроскопические препараты срезов оце­нивали по системе от «0 до 4+» в зависимости от выявляемых в них признаков роста. Оценка 1+ озна­чала, что некоторая степень роста ткани выражена, но бластема еще не начинала формироваться; 2+ соответствовала формированию бластемы; 3+ озна­чала, что формирование бластемы сопровождается признаками редифференцировки мышц или хряща в растущей конечности, и, наконец, оценка 4+ соответ­ствовала полноценно организованной регенерации всех тканей. В исходных опытах значительная часть животных демонстрировала восстановительный про­цесс на 4+, что выражалось в реконструкции целой плечевой кости, практически неотличимой от соответ­ствующей нормальной кости. Поскольку формирова­лись новые скелетные мышцы и были видны регене­рирующие нервы и кровеносные сосуды, выражен­ность регенерационного процесса можно было считать эквивалентной стадии «позднего конуса» при регене­рации конечности саламандр. Происхождение клеток бластемы, послуживших исходным материалом для новообразования ткани крысиной конечности, остается неясным. Единственно, что можно сказать по этому поводу, так это то, что какие-то ткани в зоне ампу­тации способны ответить на электростимуляцию и обеспечить клетками формирующуюся бластему.

Беккер считает, что результаты экспериментов с молодыми крысами дают основание надеяться на подбор оптимальных условий электростимуляции, способной обеспечить формирование бластемы и у других млекопитающих. По-видимому, возможна и последующая редифференцировкаизменившихся кле­ток, тем не менее перед использованием подобного подхода в опытах на человеке необходимо проделать еще большую предварительную работу. Не исключено, что даже обеспечив все вышеперечисленные условия и факторы, необходимые для регенерации у других животных, мы все же не добьемся восстановления конечностей у высших млекопитающих просто потому, что в процессе эволюции они утратили способность отвечать на подобные стимулы. Если это так, то нужно будет искать какие-то другие «клетки-мише­ни», которые способны дедифференцироваться и фор­мировать бластему у этих высших животных.

РЕГЕНЕРАЦИЯ КОНЕЧНОСТЕЙ У ЧЕЛОВЕКА — ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ

Итак, удастся ли когда-нибудь получить регенерацию конечностей у человека? Постараемся ответить на этот вопрос, опираясь на уже представленные нами данные и ряд фактов, полученных в самое последнее время.

Все исследователи согласны, по крайней мере, в одном пункте. Перед тем как перейти к непосредст­венным попыткам активизации восстановления конеч­ностей у человека, необходимо лучше разобраться в подобных процессах, происходящих в природе, а также выяснить пути, с помощью которых можно вызвать регенерацию у тех животных, у которых она в обычных условиях, как и у человека, не проис­ходит.

Некоторые земноводные способны к регенерации конечностей в естественных условиях. Для обеспече­ния нормального восстановительного процесса необ­ходимы следующие условия:

  1. Клетки культи, расположенные непосред­ственно рядом с линией ампутации конечности, должны подвергнуться дедифференцировке и сформировать бластему — образование, из кото­рого будут черпаться клетки, идущие на восста­новление утраченных структур.
  2. В ранний период регенерации должен произойти контакт между эпидермальными клет­ками апикальной шапочки и внутренними ком­понентами культи. Кроме того, как на ранних, так и на поздних этапах регенерации, особенно у взрослых животных, необходимо действие ряда гормонов.
  3. В культе конечности должно присутство­вать количество нервной ткани, превышающее некоторое пороговое значение (в пересчете на площадь поверхности ампутации); причем это условие должно сохраняться по крайней мере до полного формирования бластемы.

У ряда позвоночных, у которых в нормальных ус­ловиях регенерация конечностей не происходит, вос­становительную способность можно активизировать несколькими путями. Один из таких путей, исходя­щий из потребности в обеспечении порогового уров­ня нервной ткани в конечности, состоит в создании дополнительных источников иннервации культи. У ля­гушек и некоторых ящериц можно достигнуть повы­шенного уровня иннервации без особых трудностей, просто изменяя направление хода нервов. В резуль­тате операций такого рода, выполняемых по не­скольким схемам, конечности восстанавливались, хотя и в разной степени завершенности. Значитель­но труднее выполнять подобные операции на млеко­питающих. Новорожденные опоссумы оказались уникальной природной моделью для проведения экс­периментов такого типа. Поскольку эти млекопитаю­щие рождаются чрезвычайно недоразвитыми, кусо­чек мозговой ткани, имплантированный в культю конечности новорожденного, не отторгается иммуно­логическим механизмом. Имплантаты мозга выпол­няют столь нужные экспериментаторам функции: конечности с пересаженными имплантатами после ампутации в значительной степени восстанавливают­ся. Еще в первых опытах на молекулярном уровне было установлено, что регенерация конечности у зем­новодных сопровождается выделением нервной тканью особого химического фактора, влияющего на синтез белка в клетках ранней бластемы. Эти экспе­рименты были в дальнейшем продолжены. Исследо­ватели, определявшие также синтез ДНК и РНК (рис. 52), установили, что выработка всех трех ти­пов клеточных макромолекул резко изменялась после денервации. Природа нейротропного агента, участвующего в описанных явлениях, остается пока неясной. Необходимо получить более точные сведе­ния о его действии на чувствительные точки клеток. Второй подход возник благодаря обнаружению биоэлектрических полей у земноводных и последу­ющим открытиям, связанным с этим феноменом. У земноводных, которые восстанавливают конеч­ности в естественных условиях, биоэлектрические изменения коррелировали с удалением конечности и этапами ее восстановления. Сходные реакции наблю­дались у земноводных и при заживлении переломов костей. Попытки воспроизвести этот биоэлектриче­ский потенциал искусственным путем приводили к появлению признаков регенерационного процесса у лягушек и молодых крыс. Но каким путем воздей­ствует электрический потенциал на клетки и их перемещения, необходимые для формирования бла­стемы, все еще не ясно. Остается также неизвестным, какие модификации необходимо внести в электриче­ские воздействия, чтобы применять их на высших млекопитающих.

Синтез РНК, ДНК и белка в клетках бластемы регенерирующей конечности тритона

Синтез РНК, ДНК и белка в клетках бластемы регенерирующей конечности тритона

Ни один из упомянутых подходов не был связан с факторами, предположительно действующими на редифференцировочной стадии регенерации. Эти фак­торы, результатом действия которых является вос­становление нормальной формы и взаимного распо­ложения тканей конечностей, возможно сходны с теми формообразовательными стимулами, которые контролируют развитие конечности у эмбриона. Но прежде чем заниматься подробным анализом редиф-ференцировочных факторов, необходимо в первую очередь научиться получать бластемы конечностей у животных, которые в обычных условиях их не фор­мируют, и обеспечивать их сохранение.

Круг исследований процесса регенерации конеч­ностей на молекулярном уровне непрерывно расши­ряется; по-видимому, это направление в будущем привлечет к себе особое внимание и окажется наи­более плодотворным. Достаточно вспомнить, что раз­витие именно этого направления позволило в недав­нем прошлом решить многие проблемы биологиче­ских и медицинских наук. Поэтому ответ на вопрос, возможна или нет регенерация конечностей у чело­века, зависит от того, как относиться к следующим двум постулатам. Первый из них состоит в том, что понимание механизма естественных регенерационных процессов в молекулярном аспекте достижимо, не­смотря на трудности, лежащие на этом пути. Второй постулат исходит из преемственности исследований по регенерации: то есть, опираясь на усовершенство­вание экспериментально-технической базы, можно добиться переноса достижений, полученных в опытах со способными к регенерации животными, на виды, у которых в естественных условиях регенерация от­сутствует. Если вы примете справедливость выска­занных постулатов, то поймете, что вопрос о возмож­ности регенерации конечностей у человека требует комплексного ответа, базирующегося прежде всего на расширении исследований восстановительных процессов у низших форм животных. Это помимо всего прочего может служить и ряду других важных целей.

НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В ИССЛЕДОВАНИЯ РЕГЕНЕРАЦИИ КОНЕЧНОСТЕЙ

Существует несколько аспектов исследований по ре­генерации у низших позвоночных, которые уже сей­час могут принести пользу в лечении болезней и травм у человека. Это относится в основном к выбросу нервной тканью фактора, влияющего на обмен ве­ществ и питание клетки.

Повреждение периферического нерва млекопита­ющих нередко приводит к процессу, собирательно на­зываемому валлеровской дегенерацией. В этих слу­чаях шванновские клетки разрушают часть аксонов и миелиновых оболочек, оказавшихся изолированны­ми в результате травмы. Как происходит активиза­ция этого процесса? Общепринято следующее объяс­нение. В обычных условиях вещества, вырабатывае­мые в теле нейрона, распространяются по всей длине аксона, поддерживая общую интеграцию нервной ткани и миелиновой оболочки. (Весьма вероятно, что нейроном вырабатывается тот самый «нейротропный агент», без которого не может осуществляться ран­ний этап регенерации у земноводных.) Логично предположить, что если нерв перерезан на каком-то уровне, целостность его функции не может быть сох­ранена, так как распространение активного веще­ства по аксону не происходит; по-видимому, это и является «сигналом», включающим процесс дегене­рации.

Каков практический вывод из такой концепции? По этому поводу существует несколько интересных, хотя и чисто умозрительных заключений. Первое из них касается заболевания, называемого рассеянным склерозом. Это хроническое прогрессирующее забо­левание нервной системы характеризуется демиели­низацией, то есть распространенным процессом раз­рушения миелиновой оболочки (защитного слоя) пе­риферических нервов. Как следствие этого—утрата способности аксонов к проведению нервных импуль­сов. Ухудшается зрение больного, нарушается коор­динация движений. Причина заболевания пока неиз­вестна, и нет каких-либо средств ее лечения.

Правда, в научной литературе высказывается мнение, что при этом тяжелом заболевании можно было бы использовать известный нам нейротропный агент, если бы удалось его выделить в больших ко­личествах из нормально функционирующих нервов, сконцентрировать и ввести в те части тела больного, которые поражены распадом миелина. Вполне воз­можно, что в результате такого воздействия деструк­ция нервов приостановилась бы и в развитии заболе­вания наступил перелом.

Подобный метод лечения в принципе можно ис­пользовать и в случаях травматических поражений центральной нервной системы человека, особенно спинного мозга. При травме (разрезе) проводящих путей спинного мозга регенерация участков нервных волокон, соединенных с телом нейрона, как это имеет место в периферических нервах, не происходит. На­блюдается лишь ограниченный восстановительный рост, но отрастающие на небольшие расстояния искривленные волокна не способны проникнуть в рубцовую ткань, образующуюся на месте травмы. Как и при повреждении периферических нервов, про­исходит дегенерация отделившихся от нервных кле­ток частей аксонов, и, поскольку «культя» аксона не способна регенерировать, участки тела, находящие­ся ниже уровня повреждения спинного мозга, обре­чены на паралич.

Многие годы регенерацию спинного мозга у чело­века считали совершенно невозможной, но в послед­нее время эта точка зрения частично пересматри­вается. Если со временем удастся получить кон­центраты нейротропного агента, его можно будет наносить непосредственно на поврежденные нервные стволы сразу же после травмы. Поскольку распад отделенных частей волокон таким путем будет за­медляться, а ограниченная способность к регенера­ции оставшихся частей аксонов может быть стиму­лирована, допускается возможность воссоединения рассеченных концов нервов, в результате чего по­страдавший сможет полностью восстановить конт­роль ЦНС над участком тела, который должен был бы быть парализован.

Другой важной точкой приложения теории о ней­ротропном агенте может быть лечение детей, рожда­ющихся с дефектами конечностей. В некоторых слу­чаях здесь возможно удалось бы использовать операцию по изменению направления хода нервов, с помощью которой, как вы помните, удавалось добиваться возникновения дополнительных конечно­стей у саламандр. В процессе таких исследований удастся, видимо, узнать и о причинах тех врожденных нарушений, из-за которых дети рождаются с дополни­тельными конечностями или пальцами. Аномалии развития конечностей, связанных с различными вред­ными факторами среды, представляют другой тип врожденных дефектов; некоторые из них также мо­гут иметь отношение к нашей теме. Так, например, препарат талидомид, транквилизатор, широко приме­нявшийся беременными женщинами до того, как ста­ли известны его вредные свойства, вызывал укоро­чение и деформацию конечностей у зародышей. По­лучены данные, что талидомид влияет на клетки формирующихся конечностей опосредованно. По-видимому, это вещество действует на некоторые ком­поненты нервной системы зародыша. Последова­тельность событий, приводящая к формированию де­фектной конечности типа «ласт тюленя», в настоящее время достаточно точно определена. Этому в извест­ной мере способствовали наши знания о том, каким образом нервная ткань влияет на недифференцирован­ные клетки конечностей саламандр, обеспечивая их участие в процессе нормального морфогенеза.

В дополнение можно упомянуть еще о ряде воз­можностей практического применения данных, полу­ченных при изучении регенерации конечностей у позвоночных. В частности, имеется много парал­лельных свойств у клеток, дающих рост опухолей, и клеток, образующих ранние бластемы конечностей. В обоих случаях первоначально специализированные зрелые клетки возвращаются к «эмбриональному» состоянию и бурно размножаются. В дальнейшем, однако, клетки бластемы подвергаются редифферен­цировке и связываются друг с другом таким обра­зом, что вызывают реконструкцию ранее существо­вавших органов и тканей, а клетки опухолей растут совершенно бесконтрольно и практически не подвер­гаются какой-либо тканевой организации. Видимо, это свойство дало основание Мерилу Роузу, автору недавно вышедшей книги о регенерации, назвать опухолевый рост «никогда не кончающейся регене­рацией». Он считает, что опухолевые клетки, утрачивающие, как известно, способность к взаимному сцеплению друг с другом, утрачивают соответствен­но и способность к взаимному контролю. Согласно этой теории, клетки бластемы сохраняют способность к реакции на регуляторные импульсы, исходящие из размножающейся клеточной массы, когда она дости­гает определенного объема. Под воздействием таких импульсов происходит редифференцировка и поляри­зация ростовых процессов, что и ведет в конце кон­цов к упорядоченному замещению утраченной части конечности. Высказанная теория приводит автора к. неожиданному предположению. Если в течение опре­деленного времени собирать метаболические продук­ты из большой массы культивируемых опухолевых клеток и обеспечить их биологическую стабиль­ность, то введение этих агентов животным, у которых растут опухоли того же вида, может сопровождаться подавлением неорганизованного размножения опухо­вых клеток in vivo. Предварительные опыты показа­ли, что предположение Роуза не лишено практиче­ских оснований. Возможно, в будущем удастся про­вести более углубленные сравнения свойств клеток опухоли и бластемы. Помимо чисто теоретической важ­ности такого сопоставления оно может принести новые плодотворные идеи для практической медицины.

Продолжая наш перечень, который должен под­твердить, что время, потраченное на изучение регене­рации конечностей у тритонов, потрачено не зря, вновь вернемся к данным о формировании бласте­мы и ограниченной регенерации после воздействия на культю слабыми электрическими токами. Они по­зволяют сделать один важный вывод: при любом переломе кости появляются слабые электрические импульсы, являющиеся стимуляторами дедифферен­цировки клеток, необходимой для восстановления кости. Отсюда вытекает, что если искусственным пу­тем обеспечить возникновение токов, по характе­ристикам сходных с возникающими в естественных условиях, то они должны существенно способство­вать регенерации кости. Эту идею уже удалось про­верить в достаточно большом числе эксперимент тов. Электропитание от специальных батареек по­давалось на электроды, размещаемые близ точек переломов у больных, у которых процесс восстанов­ления костей был чем-либо осложнен. В ряде случаев при подаче слабых токов к местам переломов на про­тяжении нескольких недель у больных наблюдали вы­раженную стимуляцию восстановления костей. При использовании подобной методики не представляется уже фантастичным восстановление в будущем целых участков утраченных костей за счет собственных ре­генерационных «ресурсов» организма — перспектива более предпочтительная, чем использование распро­страненных в настоящее время металлических или пластиковых «протезов».

Не хотелось бы оставлять без внимания еще два практических применения регенерационных исследо­ваний. Во-первых, изучение возможностей восстанов­ления тканей и органов человека после повреждаю­щего действия ионизирующих излучений. Во-вторых, исследования по регенерации конечностей у позво­ночных, в основном у амфибий, тесно соприкасаются с изучением ревматизма и ревматоидного артрита. При этих заболеваниях, называемых коллагенозами, происходит избыточная выработка экстрацеллюляр­ных веществ в костной и соединительной ткани. С изучением регенерации тесно смыкаются также исследования мышечных дистрофий, при которых на­рушаются взаимоотношения нервной и мышечной тканей конечностей.

Столь большие возможности практического при­менения обосновывают необходимость продолжать углубленное изучение регенерации конечностей поз­воночных. Нетрудно заметить, что многие из направ­лений изучения регенерации по своим последствиям выходят далеко за рамки только данной проблемы. Так, например, молекулярно-биологическое направ­ление по существу имеет дело с общими вопросами регуляции функций животной клетки. Надо пола­гать, что все перечисленные нами аспекты работы имеют вполне самостоятельное значение, ибо сегод­ня никто не решился бы предсказать, какой из них кратчайшим путем ведет к логической цели всех описанных нами поисков — к наиболее полной реа­лизации регенерационных способностей тканей и органов человека.

comments powered by HyperComments