Ученые из Техасского университета A&M выделили два белка, с помощью которых им удалось стимулировать рост ампутированных пальцев у мышей. До выращивания утраченных конечностей у человека еще далеко, но это открытие — шаг навстречу такой возможности, отмечают исследователи. Работа была опубликована в журнале Nature Communications.
Возможность регенерации костей была открыта давно — еще в 2006 году специалисты из Гарварда обнаружили, что белок BMP2 способствует росту костей. Исследования показали, что мыши с недостаточной продукцией BMP2 испытывали спонтанные переломы, которые не заживали вовремя. Дальнейший анализ показал, что самых ранних шагов заживления перелома просто не было.
Другие остеогенные стимулы были найдены, но без BMP2 процесс заживления не двигался.
В новом исследовании ученые также обратили внимание на белок BMP9. Ген Bmp9, отвечающий за выработку этого белка, на этапе эмбрионального развития экспрессируется в основном клетками печени, а на поздних стадиях формирования суставов — промежуточными клетками (недифференцированными клетками, которые дают начало клеткам наружного и внутреннего зародышевых листков). После формирования суставов ген не экспрессируется.
Исследователи ампутировали мышам пальцы и имплантировали им шарики из полисахарида агарозы, содержавшие по 5,5 нанограмм белка BMP9, который высвобождался в течение 72 часов.
Как оказалось, это действительно способно запустить регенерацию суставного хряща — спустя две недели в месте ампутации образовывался слой ткани, состоящей из хондроцитов, основы хрящей.
У тех мышей, которые не получали белок, рана просто затянулась.
Даже у животных, способных отращивать потерянные конечности, редко наблюдается рост суставов и костей, отмечают ученые.
«Результаты исследования свидетельствуют о том, что факторы роста можно использовать, чтобы добиться регенерации в нерегенерирующих ампутационных ранах», — пишут они.
Наилучшего результата исследователям удалось добиться, когда они сначала вводили мышам BMP2, а через неделю добавляли BMP9. Это приводило к наиболее полному росту суставных структур и даже образованию соединений с костью. Однако полностью палец так и не восстановился.
Говорить о полном восстановлении конечностей у мышей, а уж тем более — у людей, пока рано, но первые шаги в этом направлении уже сделаны, отмечают авторы. Люди похожи на мышей в плане строения скелета и, вполне возможно, удастся перенести полученные результаты и на человека.
«Наше исследование носит трансформационный характер», — считает Кен Мунеока, один из авторов работы.
Мунеока предполагает, что результаты демонстрируют способность клеток у млекопитающих регенерировать при правильных стимулах.
«Они могут это делать, но не делают, — говорит он. — Нам надо выяснить, что их сдерживает».
Для того, чтобы разобраться, как запустить процесс регенерации, понадобится еще много исследований, но команда уже полна надежд. Они рассчитывают, что результаты помогут в лечении дегенеративных заболеваний суставов, таких, как остеоартрит. Обычно в таких ситуациях требуется пересадка хряща, но успехи в регенеративных технологиях позволят просто выращивать его заново.
«Большинство клинических подходов сосредоточены на разработке суставного хряща для трансплантации, а не на усилении эндогенных регенеративных свойств, — пишут исследователи. — Мы обнаружили, что лечение ампутационных ран с применением BMP9 стимулирует регенерацию суставных структур, в том числе суставного хряща и синовиальной полости»
Авторы работы убеждены, что если дело дойдет до разработки способов регенерации конечностей, то белки BMP2 и BMP9 сыграют в этом существенную роль.
«Эти данные еще раз подтверждают мнение о том, что клетки нерегенерирующей ампутационной раны млекопитающего сохраняют информацию, необходимую для восстановления ампутированных структур», — заключают они.
Ранее американским ученым удалось с помощью гормонов отрастить лягушкам ампутированные лапы. Некоторые виды африканских лягушек обладают слабыми способностями к регенерации — если они теряют ногу, на ее месте образуется тонкий хрящевой отросток. Однако исследователям удалось добиться полноценной регенерации.
Ампутировав группе из девяти гладких шпроцевых лягушек ноги, ученые зафиксировали животных, поместив культи в биореакторы со специальным гелем с содержанием прогестерона. Спустя сутки они отсоединили животных от устройства. Рост тканей продолжался девять месяцев, за это время восстановилась костная ткань, нервы, сосуды — не сформировалась только стопа.