Sorry, this entry is only available in
Russian
На жаль, цей запис доступний тільки на
Russian.
К сожалению, эта запись доступна только на
Russian.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

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.