Соль полезна? Новый ключ к тканевой регенерации: локальный поток ионов натрия восстанавливает нервы и мышцы
Натрий считается тем элементом, который вносит «плохой» вклад в развитие гипертонии и сердечно-сосудистых заболеваний. Но биологи из Школы искусств и наук (School of Arts and Sciences) Университета Тафтса (Tufts University) установили, что он играет главную роль в инициации регенерации тканей после тяжелых травм. Исследователи нашли способ восстановить поврежденный спинной мозг и мышцы, использовав для этого низкомолекулярные лекарственные вещества, способные направить ионы натрия в поврежденные клетки.
Разработанный ими подход открывает новые горизонты в области биомедицины, так как не требует использования генной терапии, может применяться после получения травмы и даже после заживления раны. Метод основан скорее на биоэлектрических, чем на химических процессах, протекающих в организме.
Как и люди, у которых регенерация кончиков пальцев возможна только в детстве, эти головастики с возрастом теряют способность восстанавливать свои хвосты. Самое удивительное, что головастиков с удаленным хвостом можно «заставить» вернуть себе новый совершенный хвост всего за час лечения определенной смесью препаратов.
Открытие имеет огромное значение для лечения ран, полученных как в военных конфликтах, так и в результате несчастных случаев. Используемый метод предназначен непосредственным для восстановления спинного мозга и потерянных конечностей, что является крайне актуальной медицинской проблемой во всем мире. Он также демонстрирует доказательства самого принципа действия, что свидетельствует о том, что его можно применять для регенерации многих сложных органов и тканей.
Профессор кафедры биологии доктор философии Майкл Левин (Michael Levin), директор Центра регенеративной биологии и биологии развития Университета Тафтса. (Фото: сайт tufts.edu)
«Мы значительно повысили эффективности лечения, показав, что даже после начала образования рубцовой ткани управление физиологическими сигналами все еще способно вызвать регенерацию. Искусственно создав приток ионов натрия всего на один час, можно решить множество проблем, таких как связанное с возрастом снижение способности к регенерации и эффект блокирующих ее препаратов», - говорит профессор кафедры биологии доктор философииМайкл Левин (Michael Levin), директор Центра регенеративной биологии и биологии развития (Center for Regenerative and Developmental Biology) Университета Тафтса.
Перенос ионов в клетку и обратно регулируется «электронными дверями безопасности», или каналами, которые пропускают определенные ионы при определенных условиях. Роль потока ионов натрия в тканевой регенерации уже была обозначена в прошлом, но это первый случай, когда дано молекулярно-генетическая обоснование механизма их действия и продемонстрирован метод лечения, основанный на конкретных препаратах. До сегодняшнего дня прогресс в этой модельной системе включал в себя обязательное назначение соответствующей терапии до получения травмы.
«Это первый биомедицинский подход к регенерации сложного придатка», - говорит Левин.
В ходе исследования была установлена новую роль в регенерации и натриевого канала Nav1.2, важнейшего элемента функций нервов и сердца. Ученые показали, что для начала регенерации после ампутации хвоста у Xenopus необходимо раннее локальное увеличение количества ионов межклеточного натрия, а также то, что молекулярное и фармакологическое подавление транспорта натрия влечет за собой неудачу в регенерации.
Новый метод лечения приводит к восстановлению хвоста естественного размера и всех его структур, не вызывая эктопического или другого аномального роста.
Один из результатов других экспериментов Майкла Левина: изменив электрические потоки в организме плоского червя планарии , ученые вырастили образцы с хвостами на обоих концах червя, головами на обоих концах и даже четырьмя головами (на снимке). (Фото: tufts.edu)
«Возможность восстановить способность к регенерации, используя фармакологический подход, позволяющий контролировать продолжительность воздействия и не требующий генной терапии, очень интересна», - говорят исследователи.
Важнейшее значение имеет и тот факт, что хвост можно восстановить даже через 18 часов после ампутации. Это доказывает, что ткани, попытки регенерировать которые обычно обречены на неуспех, все еще сохраняют присущие им черты и в них можно включить программу активации регенерации.
Такие земноводные, как лягушки, в период своего развития могут восстанавливать потерянные органы, включая хрусталик глаза и хвост. Хвост лягушки - хорошая модель для изучения регенерации у человека, так как заживление повреждения в нем происходит так же, как и у людей: количество ткани каждого типа увеличивается на счет воспроизводства самой себя. В противоположность этому при регенерации у некоторых других видов животных происходит трансдифференцировка (один тип клеток превращается в другой) или дифференциация взрослых стволовых клеток. Кроме того, имея небольшие размеры, хвост головастика Xenopus, тем не менее, отличается сложным строением, включая в себя мышцы, спинной мозг, периферические нервы и сосудистую сеть.
Исследование финансируется Национальным институтом здравоохранения (National Institutes of Health), Национальным управлением безопасности дорожного движения (National Highway Traffic Safety Administration), Министерством обороны (Department of Defense) США и другими организациями.