Полная регенерация. Физиологическая и репаративная регенерация

Сейчас много говорят о выращивании отдельных органов вне организма и приращении их взамен утраченных. Но, может быть, есть способ лучше — просто восстанавливать или, выражаясь по-научному, регенерировать свои органы?

В принципе, человек отчасти наделен этим даром. Наши порезы зарастают благодаря регенерации кожи. Кровь тоже регенерируется. Но хочется большего. Причем мечтают об этом не только простые обыватели, но и ученые.

Скажем, сотрудники Лаборатории проблем регенерации Института биологии развития РАН, которой руководит доктор биологических наук Виктор Миташов, давно разрабатывает различные методы восстановления кости и нервных тканей человека, а в последнее время и сетчатки глаза. Вообще-то низшие организмы чаще способны к регенерации, чем более высокоорганизованные.

Так, среди беспозвоночных гораздо больше видов, способных восстанавливать утраченные органы, чем среди позвоночных, но лишь у некоторых из них возможна регенерация целой особи из небольшого ее фрагмента. Такие примитивные животные, как гребневики и коловратки, практически не способны к регенерации, а у гораздо более сложных ракообразных и амфибий эта способность хорошо выражена.

Многие бы хотели получит себе регенерацию как у Росомахи, героя американских комиксов. Он может за считанные минуты залечить даже самые страшные раны

Особенно удивительна способность к регенерации у губок. Ученые поставили необычный эксперимент; продавили тело взрослой губки через сетчатую ткань и отделили все образовавшиеся фрагментики друг от друга. Оказалось, что если затем поместить эти маленькие кусочки в воду и хорошенько перемешать, полностью разрушив все связи между ними, то некоторое время спустя они начнут постепенно сближаться и в конце концов воссоединятся, образовав целую губку, сходную с прежней. В этом участвует своего рода «узнавание» на клеточном уровне.

Еще один рекордсмен регенерации — ленточный червь, который способен воссоздать целую особь из любого участка своего тела. Теоретически возможно, разрезав одного червя на 200 000 кусочков, получить из него в результате регенерации столько же новых червей. А из одного луча морской звезды может возродиться целая звезда.

Но куда более известен другой пример — ящерицы, которые отращивают себе хвост, и тритоны, которые могут регенерировать глаза, лапы и хвост до шести раз.

Увы, человек этого бесценного свойства лишен. А не может ли современная наука помочь нам овладеть соответствующими механизмами?

При пересчете на жизнь человека процесс восстановления подобный тритоновскому мог бы занять у нас всего полгода. Однако разобраться до конца, каким образом тритон за месяц восстанавливает глаз, очень непросто. Ученые повторить его подвиги пока не могут. Но уже стало ясно, как он и ему подобные, это делают.

Начнем с самого начала — с рождения организма. Известно, что в ходе зародышевого развития клетки любого многоклеточного организма проходят специализацию. Из одних получаются, например, ноги, из других, скажем, мускулы, жабры или глаза. Так называемые Дох-гены дают команду как всему организму, так и конкретным органам развиваться по определенному плану — чтобы не получилось, что глаз вырастет там, где должна быть нога.

У мушки дрозофилы 8 Дох-генов, у лягушки — 6, а у человека — 38. И выяснилось, что при регенерации тритон «вспоминает» свое эмбриональное прошлое, включая генетическую программу, которая активирует Дох-гены и восстанавливает удаленные или поврежденные ткани и органы.

Но глаз или хвост должен из чего-то возникнуть — не может же он регенерироваться из воздуха. У организма есть два пути — нарабатывать новые клетки, новый строительный материал либо пользоваться тем, что осталось после утраты органа.

Выяснилось, что природа использует оба этих способа. «Кирпичами» для регенерации служат эмбриональные стволовые клетки. Так называют клетки эмбриона, которые в своем развитии просто не доросли до стадии специализации и, следовательно, способны под воздействием тех или иных факторов превратиться в клетки различных тканей и органов более чем двух сотен типов.

Причем при регенерации «старые» клетки тритона путем сложных манипуляций превращаются в сходные с эмбриональными. С ними в последнее время связано много споров. Дело в том, что для ученых главный источник эмбриональных стволовых клеток — человеческие эмбрионы. Биологи с большим энтузиазмом изучают свойства эмбриональных стволовых клеток: ведь в случае успеха эти клетки откроют совершенно новые возможности в хирургии и обеспечат восстановление тех или иных органов. Если в результате заболевания выйдут из строя какие-то группы клеток, пусть даже узкоспециализированных, то будет возможность их заменить.

И наши биологи в этих работах вовсе не на последних ролях. Скажем, академик Российской академии естественных наук Леонид Полежаев на протяжении десятилетий занимался проблемой регенерации костей свода черепа. Сначала ему удалось добиться регенерации костей черепа у собак и крыс. Затем совместно с медиками из Института нейрохирургии имени Н.Н. Бурденко АМН СССР попытались восстанавливать кости черепа у больных с травмами головы.

При этом использовались костные опилки, которые «побуждали» кости человеческого черепа к регенерации. В результате область травмы полностью закрывалась новой костью. При помощи этой методики было проведено более 250 операций.

Недавно группа ученых из Токийского университета под руководством Макото Асашимы культивировала в специальном растворе витамина А тысячи эмбриональных стволовых клеток, варьируя концентрацию витамина. Низкая концентрация активирует гены, которые контролируют развитие глазной ткани, тогда как высокая концентрация запускает работу генов, ответственных за формирование органа слуха.

Макото Асашима заявил, что таким образом целый лягушачий глаз можно получить за пять дней. Подобным, но более простым методом прежде были выращены и успешно пересажены лягушке новые почки. Животное-реципиент после этой операции прожило месяц.

А специалисты из токийского Университета Кэйо опубликовали отчет об успешном эксперименте по использованию стволовых клеток человеческого эмбриона для восстановления поврежденных тканей спинного мозга у обезьян. Как сообщил руководитель работ профессор Хидэюки Окано, исходные стволовые клетки были взяты у погибшего человеческого эмбриона с согласия родителей и одобрения университетского совета по этике.

Затем эти клетки размножили в питательной среде и подсадили пятерым обезьянам (по 10 млн клеток каждой), у которых передние конечности были обездвижены в результате травмы позвоночника. У одного примата все опорно-двигательные функции вошли в норму уже через два месяца, а у остальных процесс восстановления продолжается.

В лаборатории Виктора Миташова успешно проведены опыты по восстановлению глаза тритона. А ныне исследователи готовятся к экспериментам по выращиванию сетчатки глаза человека.

Но вот о возможности выращивания целого глаза специалисты говорят осторожно. Их можно понять: слишком велика эволюционная пропасть между тритоном и человеком. Нос другой стороны, механизмы развития органов похожи, поэтому есть надежда, что когда-нибудь биологам удастся заставить травмированного человека, «впадая в детство», выращивать нужные органы — зубы, взамен выпавших, новые клетки печени, почек, поджелудочной железы, новые мышечные ткани для сердца, пораженного инфарктом миокарда.

Регенерация (в патологии) - это восстановление целости тканей, нарушенной каким-либо болезненным процессом или внешним травмирующим воздействием. Восстановление происходит за счет соседних клеток, заполнения молодыми клетками дефекта и последующего превращения их в зрелую ткань. Такая форма носит название репаративной (возмещающей) регенерации. При этом возможны два варианта регенерации: 1) убыль возмещается тканью того же вида, что и погибшая (полная регенерация); 2) убыль замещается молодой соединительной (грануляционной) тканью, превращающейся в рубцовую (неполная регенерация), что является не регенерацией в собственном смысле, а заживлением тканевого дефекта.

Регенерация предшествует освобождение данного участка от погибших клеток путем ферментативного их расплавления и всасывания в лимфу или кровь или путем (см.). Продукты расплавления являются одним из стимуляторов размножения соседних клеток. Во многих органах и системах существуют участки, клетки которых являются источником размножения клеток при регенерации. Например, в костной системе таким источником является надкостница, клетки которой, размножаясь, образуют вначале остеоидную ткань, в дальнейшем превращающуюся в кость; в слизистых оболочках - клетки глубоколежащих желез (крипты). Регенерация клеток крови происходит в костном мозге и вне его в системе и ее производных (лимфатических узлах, селезенке).

Способностью к регенерации обладают далеко не все ткани и не в одинаковой степени. Так, мышечные клетки сердца не способны к размножению, завершающемуся образованием зрелых мышечных волокон, поэтому всякий дефект мышц миокарда замещается рубцом (в частности, после инфаркта). При гибели ткани мозга (после кровоизлияния, артериосклеротического размягчения) дефект не замещается нервной тканью, а образуется киота.

Иногда возникающая при регенерации ткань по строению отличается от исходной (атипическая регенерация) или объем ее превышает объем погибшей ткани (гиперрегенерация). Такое течение регенерационного процесса может привести к возникновению опухолевого роста.

Регенерация (лат. regenerate - возрождение, восстановление) - восстановление анатомической целости органа или ткани после гибели структурных элементов.

В физиологических условиях процессы регенерации происходят непрерывно с различной интенсивностью в разных органах и тканях соответственно интенсивности отживания клеточных элементов данного органа или ткани и замещения их новообразованными. Непрерывно замещаются форменные элементы крови, клетки покровного эпителия кожи, слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта, дыхательных путей. Циклические процессы в женской половой сфере приводят к ритмическому отторжению и обновлению эндометрия путем его регенерации.

Все эти процессы являются физиологическим прототипом патологической регенерации (ее называют еще репаративной). Особенности развития, течения и исхода репаративной регенерации определяются размерами гибели ткани и характером патогенных воздействий. Последнее обстоятельство особенно надо иметь в виду, так как условия и причины гибели ткани имеют существенное значение для регенерационного процесса и его исходов. Так, например, особый характер имеют рубцы после ожогов кожи, отличающиеся от рубцов другого происхождения; сифилитические рубцы грубы, приводят к глубоким втяжениям и обезображиванию органа и т. д. В отличие от физиологической регенерации, репаративная регенерация охватывает широкий круг процессов, ведущих к возмещению дефекта, вызванного утратой ткани вследствие ее повреждения. Различают полную репаративную регенерацию - реституцию (замещение дефекта тканью того же вида и той же структуры, что и погибшая) и неполную репаративную регенерацию (заполнение дефекта тканью, обладающей большими пластическими свойствами, чем погибшая, т. е. обычной грануляционной тканью и соединительной тканью с дальнейшим превращением ее в рубцовую). Таким образом, в патологии под регенерацией часто подразумевают заживление.

С понятием регенерации связано также понятие об организации, поскольку в основе обоих процессов лежат общие закономерности новообразования тканей и понятие субституции, т. е. вытеснения и замещения новообразованной тканью ткани предсуществовавшей (например, субституция тромба фиброзной тканью).

Степень полноты регенерации определяется двумя основными факторами: 1) регенерационная потенция данной ткани; 2) объем дефекта и одно- или разнородность видовой принадлежности погибших тканей.

Первый фактор нередко связывают со степенью дифференцировки данной ткани. Однако само понятие дифференцировки и содержание этого понятия являются весьма относительными, и сравнение тканей по этому признаку с установлением количественной градации дифференцированности в функциональном и морфологическом отношениях невозможно. Наряду с тканями, обладающими высокой регенерационной потенцией (например, ткань печени, слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, органы кроветворения и др.), существуют органы с ничтожной потенцией к регенерации, в которых регенерация никогда не завершается полным восстановлением утраченной ткани (например, миокард, ЦНС). Чрезвычайно высокой пластичностью обладают соединительная ткань, элементы стенки мельчайших кровеносных и лимфатических сосудов, периферические нервы, ретикулярная ткань и ее производные. Поэтому пластическое раздражение, каковым является травма в широком смысле этого слова (т. е. все формы ее), прежде всего и полнее всего стимулирует рост этих тканей.

Объем погибшей ткани имеет существенное значение для полноты регенерации, и эмпирически более или менее известны количественные границы потери ткани для каждого органа, определяющие степень восстановления. Полагают, что для полноты регенерации значение имеет не только объем как чисто количественная категория, но и комплексное разнообразие погибших тканей (это особенно относится к гибели тканей, вызванной токсикоинфекционными воздействиями). Для объяснения этого факта следует, по-видимому, обратиться к общим закономерностям стимуляции пластических процессов в условиях патологии: стимуляторами являются сами продукты тканевой гибели (гипотетические «некрогормоны», «митогенетические лучи», «трефоны» и т. д.). Одни из них являются специфическими стимуляторами для клеток определенного вида, другие - неспецифическими, стимулирующими наиболее пластические ткани. К неспецифическим стимуляторам относят продукты распада и жизнедеятельности лейкоцитов. Их наличие при реактивном воспалении, развивающемся всегда при гибели не только паренхиматозных элементов, но и сосудоносящей стромы, способствует размножению наиболее пластических элементов - соединительной ткани, т. е. развитию в конечном счете рубца.

Существует общая схема последовательности процессов регенерации независимо от области, где она происходит. В условиях патологии процессы регенерации в узком смысле этого слова и процессы заживления имеют различный характер. Это различие определяется характером гибели ткани и избирательной направленностью действия патогенного фактора. Чистые формы регенерации, т. е. восстановление ткани, идентичной утраченной, наблюдаются в тех случаях, когда под влиянием патогенного воздействия погибают только специфические паренхиматозные элементы органа при условии их высокой регенерирующей потенции. Примером этого является регенерация эпителия канальцев почки, избирательно поврежденного токсическим воздействием; регенерация эпителия слизистых оболочек при десквамации его; регенерация альвеолоцитов легкого при десквамативном катаре; регенерация эпителия кожи; регенерация эндотелия кровеносных сосудов и эндокарда и др. В этих случаях источником регенерации являются оставшиеся клеточные элементы, размножение, созревание и дифференциация которых приводит к полному замещению утраченных паренхиматозных элементов. При гибели сложных структурных комплексов восстановление утраченной ткани идет из особых участков органа, являющихся своеобразными центрами регенерации. В слизистой оболочке кишечника, в эндометрии такими центрами являются железистые крипты. Их размножающиеся клетки покрывают дефект сначала одним слоем недифференцированных клеток, из которых затем дифференцируются железы и восстанавливается структура слизистой. В костной системе таким центром регенерации является надкостница, в покровном плоском эпителии - мальпигиев слой, в системе крови - костный мозг и экстрамедуллярные производные ретикулярной ткани.

Общим законом регенерации является закон развития, согласно которому в процессе новообразования возникают юные недифференцированные клеточные производные, в дальнейшем проходящие этапы морфологической и функциональной дифференцировки вплоть до формирования зрелой ткани.

Гибель участков органа, состоящих из комплекса различных тканей, вызывает реактивное воспаление (см.) по периферии. Это приспособительный акт, так как воспалительная реакция сопровождается гиперемией и повышением тканевого метаболизма, что способствует росту новообразующихся клеток. Помимо того, клеточные элементы воспаления из группы гистофагоцитов являются пластическим материалом для новообразования соединительной ткани.

В патологии нередко анатомическое заживление достигается при помощи грануляционной ткани (см.) - этапа новообразования фиброзного рубца. Грануляционная ткань развивается почти при всякой репаративной регенерации, но степень ее развития и конечные исходы варьируют в очень широких пределах. Иногда это с трудом различимые при микроскопическом исследовании нежные участки фиброзной ткани, иногда грубые плотные тяжи гиалинизированной брадитрофной рубцовой ткани, нередко подвергающейся кальцинозу (см.) и оссификации.

Помимо регенерационной потенции данной ткани, характера ее поражения, объема его, важное значение в регенерационном процессе имеют общие факторы. К ним относят возраст субъекта, характер и особенности питания, общую реактивность организма. При нарушениях иннервации, авитаминозах обычное течение репаративной регенерации извращается, что чаще всего выражается в замедлении процесса регенерации, вялости клеточных реакций. Существует также понятие о фибропластическом диатезе как о конституциональной особенности организма реагировать на различные патогенные раздражения повышенным образованием фиброзной ткани, что проявляется формированием келоида (см.), спаечной болезнью. В клинической практике важно учитывать общие факторы для создания оптимальных условий полноты регенерационного процесса и заживления.

Регенерация является одним из важнейших приспособительных процессов, обеспечивающих восстановление здоровья и продолжения жизни при чрезвычайных обстоятельствах, создаваемых болезнью. Однако, как и любой приспособительный процесс, регенерация на известном этапе и при некоторых путях развития может терять приспособительное значение и сама создавать новые формы патологии. Обезображивающие рубцы, деформирующие орган, резко нарушающие его функцию (например, рубцовое превращение клапанов сердца в исходе эндокардита), создают нередко тяжелую хроническую патологию, требующую специальных лечебных мероприятий. Иногда новообразованная ткань количественно превосходит объем погибшей (суперрегенерация). Помимо того, во всяком регенерате имеются элементы атипизма, резкая выраженность которых является этапом развития опухоли (см.). Регенерация отдельных органов и тканей - см. в соответствующих статьях об органах и тканях.

Регенерация (от лат. regeneratio - возрождение) - процесс восстановления организмом утраченных или поврежденных структур. Регенерация поддерживает строение и функции организма, его целостность. Различают два вида регенерации: физиологическую и репаративную. Восстановление органов, тканей, клеток или внутриклеточных структур после разрушения их в процессе жизнедеятельности организма называют физиологической регенерацией. Восстановление структур после травмы или действия других повреждающих факторов называют репаративной регенерацией. При регенерации происходят такие процессы, как детерминация, дифференцировка, рост, интеграция и др., сходные с процессами, имеющими место в эмбриональном развитии. Однако при регенерации все они идут уже вторично, т.е. в сформированном организме.

Физиологическая регенерация представляет собой процесс обновления функционирующих структур организма. Благодаря физиологической регенерации поддерживается структурный гомеостаз и обеспечивается возможность постоянного выполнения органами их функций. С общебиологической точки зрения, физиологическая регенерация, как и обмен веществ, является проявлением такого важнейшего свойства жизни, как самообновление.

Примером физиологической регенерации на внутриклеточном уровне являются процессы восстановления субклеточных структур в клетках всех тканей и органов. Значение ее особенно велико для так называемых «вечных» тканей, утративших способность к регенерации путем деления клеток. В первую очередь это относится к нервной ткани.

Примерами физиологической регенерации на клеточном и тканевом уровнях являются обновление эпидермиса кожи, роговицы глаза, эпителия слизистой кишечника, клеток периферической крови и др. Обновляются производные эпидермиса - волосы и ногти. Это так называемая пролиферативная регенерация, т.е. восполнение численности клеток за счет их деления. Во многих тканях существуют специальные камбиальные клетки и очаги их пролиферации. Это крипты в эпителии тонкой кишки, костный мозг, пролиферативные зоны в эпителии кожи. Интенсивность клеточного обновления в перечисленных тканях очень велика. Это так называемые «лабильные» ткани. Все эритроциты теплокровных животных, например, сменяются за 2-4 мес, а эпителий тонкой кишки полностью сменяется за 2 сут. Это время требуется для перемещения клетки из крипты на ворсинку, выполнения ею функции и гибели. Клетки таких органов, как печень, почка, надпочечник и др., обновляются значительно медленнее. Это так называемые «стабильные» ткани.

Об интенсивности пролиферации судят по количеству митозов, приходящихся на 1000 подсчитанных клеток. Если учесть, что сам митоз в среднем длится около 1 ч, а весь митотаческий цикл в соматических клетках в среднем протекает 22-24 ч, то становится ясно, что для определения интенсивности обновления клеточного состава тканей необходимо подсчитать количество митозов в течение одних или нескольких суток. Оказалось, что количество делящихся клеток не одинаково в разные часы суток. Так был открыт суточный ритм клеточных делений, пример которого изображен на рис. 8.23.

Суточный ритм количества митозов обнаружен не только в нормальных, но и в опухолевых тканях. Он является отражением более общей закономерности, а именно ритмичности всех функций организма. Одна из современных областей биологии - хронобиология - изучает, в частности, механизмы регуляции суточных ритмов митотической активности, что имеет весьма важное значение для медицины. Существование самой суточной периодичности количества митозов указывает на регулируемость физиологической регенерации организмом. Кроме суточных существуют лунные и годичные циклы обновления тканей и органов.

В физиологической регенерации выделяют две фазы: разрушительную и восстановительную. Полагают, что продукты распада части клеток стимулируют пролиферацию других. Большую роль в регуляции клеточного обновления играют гормоны.

Физиологическая регенерация присуща организмам всех видов, но особенно интенсивно она протекает у теплокровных позвоночных, так как у них вообще очень высока интенсивность функционирования всех органов по сравнению с другими животными.

Репаративная (от лат. reparatio - восстановление) регенерация наступает после повреждения ткани или органа. Она очень разнообразна по факторам, вызывающим повреждения, по объемам повреждения, по способам восстановления. Механическая травма, например оперативное вмешательство, действие ядовитых веществ, ожоги, обморожения, лучевые воздействия, голодание, другие болезнетворные агенты,- все это повреждающие факторы. Наиболее широко изучена регенерация после механической травмы. Способность некоторых животных, таких, как гидра, планария, некоторые кольчатые черви, морские звезды, асцидия и др., восстанавливать утраченные органы и части организма издавна изумляла ученых. Ч. Дарвин, например, считал удивительными способность улитки воспроизводить голову и способность саламандры восстанавливать глаза, хвост и ноги именно в тех местах, где они отрезаны.

Объем повреждения и последующее восстановление бывают весьма различными. Крайним вариантом является восстановление целого организма из отдельной малой его части, фактически из группы соматических клеток. Среди животных такое восстановление возможно у губок и кишечнополостных. Среди растений возможно развитие целого нового растения даже из одной соматической клетки, как это получено на примере моркови и табака. Такой вид восстановительных процессов сопровождается возникновением новой морфогенетической оси организма и назван Б.П. Токиным «соматическим эмбриогенезом», ибо во многом напоминает эмбриональное развитие.

Существуют примеры восстановления больших участков организма, состоящих из комплекса органов. В качестве примера служат регенерация ротового конца у гидры, головного конца у кольчатого червя и восстановление морской звезды из одного луча (рис. 8.24). Широко распространена регенерация отдельных органов, например конечности у тритона, хвоста у ящерицы, глаз у членистоногих. Заживление кожных покровов, ран, повреждений костей и других внутренних органов является менее объемным процессом, но не менее важным для восстановления структурно-функциональной целостности организма. Особый интерес представляет способность зародышей на ранних стадиях развития восстанавливаться после значительной утраты материала. Эта способность была последним аргументом в борьбе между сторонниками преформизма и эпигенеза и привела в 1908 г. Г. Дриша к концепции эмбриональной регуляции.

Рис. 8.24. Регенерация комплекса органов у некоторых видов беспозвоночных животных. А - гидра;Б - кольчатый червь; В - морская звезда

(пояснение см. в тексте)

Существует несколько разновидностей или способов репаративной регенерации. К ним относят эпиморфоз, морфаллаксис, заживление эпителиальных ран, регенерационную гипертрофию, компенсаторную гипертрофию.

Эпителизация при заживлении ран с нарушенным эпителиальным покровом идет примерно одинаково, независимо от того, будет далее происходить регенерация органа путем эпиморфоза или нет. Эпидермальное заживление раны у млекопитающих в том случае, когда раневая поверхность высыхает с образованием корки, проходит следующим образом (рис. 8.25). Эпителий на краю раны утолщается вследствие увеличения объема клеток и расширения межклеточных пространств. Сгусток фибрина играет роль субстрата для миграции эпидермиса в глубь раны. В мигрирующих эпителиальных клетках нет митозов, однако они обладают фагоцитарной активностью. Клетки с противоположных краев вступают в контакт. Затем наступает кератинизация раневого эпидермиса и отделение корки, покрывающей рану.

Рис. 8.25. Схема некоторых событий, происходящих

при эпителизации кожной раны у млекопитающих.

А- начало врастания эпидермиса под некротическую ткань; Б- срастание эпидермиса и отделение струпа:

1 -соединительная ткань, 2- эпидермис, 3- струп, 4- некротическая ткань

К моменту встречи эпидермиса противоположных краев в клетках, расположенных непосредственно вокруг края раны, наблюдается вспышка митозов, которая затем постепенно падает. По одной из версий, эта вспышка вызвана понижением концентрации ингибитора митозов - кейлона.

Эпиморфоз представляет собой наиболее очевидный способ регенерации, заключающийся в отрастании нового органа от ампутационной поверхности. Регенерация конечности тритона и аксолотля изучена детально. Выделяют регрессивную и прогрессивную фазы регенерации.Регрессивная фаза начинается с заживления раны, во время которого происходят следующие основные события: остановка кровотечения, сокращение мягких тканей культи конечности, образование над раневой поверхностью сгустка фибрина и миграция эпидермиса, покрывающего ампутационную поверхность.

Затем начинается разрушение остеоцитов на дистальном конце кости и других клеток. Одновременно в разрушенные мягкие ткани проникают клетки, участвующие в воспалительном процессе, наблюдается фагоцитоз и местный отек. Затем вместо образования плотного сплетения волокон соединительной ткани, как это происходит при заживлении ран у млекопитающих, в области под раневым эпидермисом утрачиваются дифференцированные ткани. Характерна остеокластическая эрозия кости, что является гистологическим признакомдедифференцировки. Раневой эпидермис, уже пронизанный регенерирующими нервными волокнами, начинает быстро утолщаться. Промежутки между тканями все более заполняются мезенхимоподобными клетками. Скопление мезенхимных клеток под раневым эпидермисом является главным показателем формирования регенерационной бластемы. Клетки бластемы выглядят одинаково, но именно в этот момент закладываются основные черты регенерирующей конечности.

Затем начинается прогрессивная фаза, для которой наиболее характерны процессы роста и морфогенеза. Длина и масса регенерационной бластемы быстро увеличиваются. Рост бластемы происходит на фоне идущего полным ходом формирования черт конечности, т.е. ее морфогенеза. Когда форма конечности в общих чертах уже сложилась, регенерат все еще меньше нормальной конечности. Чем крупнее животное, тем больше эта разница в размерах. Для завершения морфогенеза требуется время, по истечении которого регенерат достигает размеров нормальной конечности.

Некоторые стадии регенерации передней конечности у тритона после ампутации на уровне плеча показаны на рис. 8.26. Время, необходимое для полной регенерации конечности, варьирует в зависимости от размера и возраста животного, а также от температуры, при которой она протекает.

Рис. 8.26. Стадии регенерации передней конечности у тритона

У молодых личинок аксолотлей конечность может регенерировать за 3 нед, у взрослых тритонов и аксолотлей за 1-2 мес, а у наземных амбистом для этого требуется около 1 года.

При эпиморфной регенерации не всегда образуется точная копия удаленной структуры. Такую регенерацию называют атипичной. Существует много разновидностей атипичной регенерации. Гипоморфоз - регенерация с частичным замещением ампутированной структуры. Так, у взрослой шпорцевой лягушки возникает шиловидная структура вместо конечности. Гетероморфоз - появление иной структуры на месте утраченной. Это может проявляться в виде гомеозисной регенерации, заключающейся в появлении конечности на месте антенн или глаза у членистоногих, а также в изменении полярности структуры. Из короткого фрагмента планарии можно стабильно получать биполярную планарию (рис. 8.27).

Встречается образование дополнительных структур, или избыточная регенерация. После надреза культи при ампутации головного отдела планарии возникает регенерация двух голов или более (рис. 8.28). Можно получить больше пальцев при регенерации конечности аксолотля, повернув конец культи конечности на 180°. Дополнительные структуры являются зеркальным отражением исходных или регенерировавших структур, рядом с которыми они расположены (закон Бэйтсона).

Рис. 8.27. Биполярная планария

Морфаллаксис - это регенерация путем перестройки регенерирующего участка. Примером служит регенерация гидры из кольца, вырезанного из середины ее тела, или восстановление планарии из одной десятой или двадцатой ее части. На раневой поверхности в этом случае не происходит значительных формообразовательных процессов. Отрезанный кусочек сжимается, клетки внутри него перестраиваются, и возникает целая особь

уменьшенных размеров, которая затем растет. Этот способ регенерации впервые описал Т. Морган в 1900 г. В соответствии с его описанием морфаллаксис осуществляется без митозов. Нередко имеет место сочетание эпиморфного роста на месте ампутации с реорганизацией путем морфаллаксиса в прилежащих частях тела.

Рис. 8.28. Многоголовая планария, полученная после ампутации головы

и нанесения насечек на культю

Регенерационная гипертрофия относится к внутренним органам. Этот способ регенерации заключается в увеличении размеров остатка органа без восстановления исходной формы. Иллюстрацией служит регенерация печени позвоночных, в том числе млекопитающих. При краевом ранении печени удаленная часть органа никогда не восстанавливается. Раневая поверхность заживает. В то же время внутри оставшейся части усиливается размножение клеток (гиперплазия) и в течение двух недель после удаления 2/3 печени восстанавливаются исходные масса и объем, но не форма. Внутренняя структура печени оказывается нормальной, дольки имеют типичную для них величину. Функция печени также возвращается к норме.

Компенсаторная гипертрофия заключается в изменениях в одном из органов при нарушении в другом, относящемся к той же системе органов. Примером является гипертрофия в одной из почек при удалении другой или увеличение лимфатических узлов при удалении селезенки.

Последние два способа отличаются местом регенерации, но механизмы их одинаковы: гиперплазия и гипертрофия.

Восстановление отдельных мезодермальных тканей, таких, как мышечная и скелетная, называют тканевой регенерацией. Для регенерации мышцы важно сохранение хотя бы небольших ее культей на обоих концах, а для регенерации кости необходима надкостница. Регенерация путем индукции происходит в определенных мезодермальных тканях млекопитающих в ответ на действие специфических индукторов, которые вводят внутрь поврежденной области. Этим способом удается получить полное замещение дефекта костей черепа после введения в него костных опилок.

Таким образом, существует множество различных способов или типов морфогенетических явлений при восстановлении утраченных и поврежденных частей организма. Различия между ними не всегда очевидны, и требуется более глубокое понимание этих процессов.

Изучение регенерационных явлений касается не только внешних проявлений. Существует целый ряд вопросов, носящих проблемный и теоретический характер. К ним относятся вопросы регуляции и условий, в которых протекают восстановительные процессы, вопросы происхождения клеток, участвующих в регенерации, способности к регенерации у различных групп, животных и особенностей восстановительных процессов у млекопитающих.

Установлено, что в конечности амфибий после ампутации и в процессе регенерации происходят реальные изменения электрической активности. При проведении электрического тока через ампутированную конечность у взрослых шпорцевых лягушек наблюдается усиление регенерации передних конечностей. В регенератах увеличивается количество нервной ткани, из чего делается вывод, что электрический ток стимулирует врастание нервов в края конечностей, в норме не регенерирующих.

Попытки стимулировать подобным образом регенерацию конечностей у млекопитающих оказались безуспешными. Так, под действием электрического тока или при сочетании действия электрического тока с фактором роста нервов удавалось получить у крысы только разрастание скелетной ткани в виде хрящевых и костных мозолей, которые не походили на нормальные элементы скелета конечностей.

Несомненна регуляция регенерационных процессов со стороны нервной системы. При тщательной денервации конечности во время ампутации эпиморфная регенерация полностью подавляется и бластема никогда не образуется. Были проведены интересные опыты. Если нерв конечности тритона отвести под кожу основания конечности, то образуется дополнительная конечность. Если его отвести к основанию хвоста - стимулируется образование дополнительного хвоста. Отведение нерва на боковую область никаких дополнительных структур не вызывает. Эти эксперименты привели к созданию концепции регенерационных полей. .

Было установлено, что для инициации регенерации решающим является число нервных волокон. Тип нерва роли не играет. Влияние нервов на регенерацию связывается с трофическим действием нервов на ткани конечностей.

Получены данные в пользу гуморальной регуляции регенерационных процессов. Особенно распространенной моделью для изучения этого является регенерирующая печень. После введения нормальным интактным животным сыворотки или плазмы крови от животных, подвергшихся удалению печени, у первых наблюдалась стимуляция митотической активности клеток печени. Напротив, при введении травмированным животным сыворотки от здоровых животных получали снижение количества митозов в поврежденной печени. Эти опыты могут свидетельствовать как о присутствии в крови травмированных животных стимуляторов регенерации, так и о присутствии в крови интактных животных ингибиторов клеточного деления. Объяснение результатов опытов затрудняется необходимостью учитывать иммунологический эффект инъекций.

Важнейшим компонентом гуморальной регуляции компенсаторной и регенерационной гипертрофии является иммунологический ответ. Не только частичное удаление органа, но и многие воздействия вызывают возмущения в иммунном статусе организма, появление аутоантител и стимуляцию процессов клеточной пролиферации.

Большие разногласия существуют по вопросу о клеточных источниках регенерации. Откуда берутся или как возникают недифференцированные клетки бластемы, морфологически сходные с мезенхимными? Существует три предположения.

1. Гипотеза резервных клеток подразумевает, что предшественниками регенерационной бластемы являются так называемые резервные клетки, которые останавливаются на некоем раннем этапе своей дифференцировки и не участвуют в процессе развития до получения стимула к регенерации.

2. Гипотеза временной дедифференцировки, или модуляции, клеток предполагает, что в ответ на регенерационный стимул дифференцированные клетки могут утрачивать признаки специализации, но затем снова дифференцируются в тот же клеточный тип, т.е., потеряв на время специализацию, они не утрачивают детерминацию.

3. Гипотеза полной дедифференцировки специализированных клеток до состояния, сходного с мезенхимными клетками и с возможной последующей трансдифференцировкой или метаплазией, т.е. превращением в клетки другого типа, полагает, что в этом случае клетка утрачивает не только специализацию, но и детерминацию.

Современные методы исследования не позволяют с абсолютной достоверностью доказать все три предположения. Тем не менее абсолютно верно, что в культях пальцев аксолотля происходит высвобождение хондроцитов из окружающего матрикса и миграция их в регенерационную бластему. Дальнейшая их судьба не определена. Большинство исследователей признают дедифференцировку и метаплазию при регенерации хрусталика у амфибий. Теоретическое значение этой проблемы заключается в допущении возможности или невозможности изменений клеткой ее программы до такой степени, что она возвращается в состояние, когда снова способна делиться и репрограммироватьсвой синтетический аппарат. Например, хондроцит становится миоцитом или наоборот.

Способность к регенерации не имеет однозначной зависимости от уровня организации, хотя давно уже было замечено, что более низко организованные животные обладают лучшей способностью к регенерации наружных органов. Это подтверждается удивительными примерами регенерации гидры, планарий, кольчатых червей, членистоногих, иглокожих, низших хордовых, например асцидий. Из позвоночных наилучшей регенерационной способностью обладают хвостатые земноводные. Известно, что разные виды одного и того же класса могут сильно отличаться по способности к регенерации. Кроме того, при изучении способности к регенерации внутренних органов оказалось, что она значительно выше у теплокровных животных, например у млекопитающих, по сравнению с земноводными.

Регенерация у млекопитающих отличается своеобразием. Для регенерации некоторых наружных органов нужны особые условия. Язык, ухо, например, не регенерируют при краевом повреждении. Если же нанести сквозной дефект через всю толщу органа, восстановление идет хорошо. В некоторых случаях наблюдали регенерацию сосков даже при ампутации их по основанию. Регенерация внутренних органов может идти очень активно. Из небольшого фрагмента яичника восстанавливается целый орган. Об особенностях регенерации печени уже было сказано выше. Различные ткани млекопитающих тоже хорошо регенерируют. Есть предположение, что невозможность регенерации конечностей и других наружных органов у млекопитающих носит приспособительный характер и обусловлена отбором, поскольку при активном образе жизни нежные морфогенетические процессы затрудняли бы существование. Достижения биологии в области регенерации успешно применяются в медицине. Однако в проблеме регенерации очень много нерешенных вопросов.

Различают следующие уровни регенерации: молекулярная, ультрасруктурная, клеточная, тканевая, органная.

23. Репаративная регенерация может быть типичной (Гомоморфоз) и атипичной (гетероморфоз). При гомоморфози восстанавливается такой же орган, как и потерян. При гетероморфози восстановлены органы отличаются от типовых. При этом восстановление утраченных органов может проходить путем епимор- фозу, морфалаксису, ендоморфозу (или регенерационной гипертрофией), компенсаторной гипертрофией.

Епиморфоз (от греч. ??? - после и????? - форма) - Это восстановление органа путем отрастания от раневой поверхности, подлежащей при этом чувственной перестройке. Ткани, прилегающих к поврежденному участки, рассасываются, происходит интенсивный деление клеток, дающих начало зачатке регенерата (бластемы). Затем происходит дифференцировка клеток и формирования органа или ткани. За типом епиморфозу проходит регенерация конечностей, хвоста, жабр в аксолотля, трубчатые кости от надкостницы после вылущивание диафиза у кроликов, крыс, мышцы от мышечной культи у млекопитающих и др.. К епиморфозу относится и рубцевания, при котором происходит закрытие ран, но без восстановления утраченного органа. Епиморфозна регенерация не всегда дает точную копию удаленной структуры. Такую регенерацию называют атипичной. Отличают несколько разновидностей атипичной регенерации.

Гипоморфоз (от греч. ??? - под, внизу и????? - форма) - регенерация с частичным замещением ампутированной структуры (у взрослого шпорцевых лягушки возникает остеподибна структура вместо конечности). Гетероморфоз (от греч. ?????? - другой, другой) - Появление другой структуры на месте утраченной (появление конечности на месте антенн или глаза у членистоногих).

Морфалаксис (от греч. ????? - форма, вид, ?????, ?? - обмен, смена) - это регенерация, при которой происходит реорганизация тканей с участка, оставшаяся после повреждения, почти без клеточного размножение путем перестройки. Из части тела путем перестройки образуется целая животное или орган меньших размеров. Затем размеры особи, что образовалась, или органа увеличиваются. Морфалаксис наблюдается в основном в низкоорганизованных животных, в то время как епиморфоз - в более високоорганизованых. Морфалаксис является основой регенерации гидр. гидроидных полипов, планарий. Часто морфалаксис и епиморфоз происходят одновременно, в сочетании.

Регенерация, что происходит внутри органа, называется ендоморфозом, или регенерационной гипертрофией. При этом восстанавливается не форма, а масса органа. Например, при краевом ранении печени отделенная часть органа никогда не восстанавливается. Поврежденная поверхность восстанавливается, а внутри другой части усиливается размножение клеток и в течение нескольких недель после удаления 2 / 3 печени восстанавливается исходная масса и объем, но не форма. Внутренняя структура печени оказывается нормальной, ее частички имеют типичный размер и функция органа восстанавливается. Близкой к регенерационной гипертрофии является компенсаторная гипертрофия, или викарная (заместительная). Этот средство регенерации связан с увеличением массы органа или ткани, вызванный активным физиологическим нагрузкам. Увеличение органа происходит за счет деления клеток и их гипертрофии.

Гипертрофия клеток заключается в росте, увеличении числа и размеров органелл. В связи с увеличением структурных компонентов клетки повышается ее жизнедеятельность и работоспособность. При компенса- полуторной гипертрофии отсутствует поврежденная поверхность.

Наблюдается этот вид гипертрофии при удалении одного из парных органов. Так, при удалении одной из почек другая испытывает повышенной нагрузки и увеличивается в размере. Компенсаторная гипертрофия миокарда часто возникает у больных гипертонической болезни (при сужении периферических кровеносных сосудов), при пороках клапанов. У мужчин при разрастании предстательной железы затрудняется выделение мочи и гипертрофируется стенка мочевого пузыря.

Регенерация происходит во многих внутренних органах после различных воспалительных процессов инфекционного происхождения, а также после эндогенных нарушений (нейроэндокринные расстройства, опухолевый рост, действие токсических веществ). Репаративная регенерация в различных тканях проходит по-разному. В коже, слизистых оболочках, соединительной ткани после повреждение происходит интенсивное размножение клеток и восстановление ткани, подобной утраченной. Такую регенерацию называют полной, или pecmu- туцийною. В случае неполного восстановления, при котором замещение происходит другой тканью или структурой, говорят о субституции.

Регенерация органов происходит не только после удаление их части хирургическим путем или в наследствии травмирования (механического, термического и др.), но и после переноса патологических состояний. Например, на месте глубоких ожогов могут быть массивные разрастание плотной соединительной рубцовой ткани, но нормальная структура кожи не восстанавливается. После перелома кости в отсутствие смещения отломков нормальное строение не восстанавливается, а разрастается хрящевая ткань и образуется ненастоящий сустав. При повреждении покровов восстанавливается как соединительнотканная часть, так и эпителий. Однако скорость размножены клеток рыхлой соединительной ткани является более высокой, поэтому эти клетки заполняют дефект, образуют венные волокна и после больших повреждений формируется рубцовая ткань. Чтобы не допустить этого, применяют пересадку кожи, взятой у той же или другого человека.

В настоящее время для регенерации внутренних органов применяют искусственные пористые каркасы, по которым растут ткани, регенерируют. Ткани прорастают через поры и целостность органа восстанавливается. Регенерацией за каркасом можно восстановить кровеносные сосуды, мочеточник, мочевой пузырь, пищевод, трахею и другие органы.

Стимуляция регенерационных процессов. При обычных условий эксперимента у млекопитающих ряд органов не регенерируется (головной и спинной мозг) или восстановительные процессы в них выражены слабо (кости свода черепа, сосуды, конечности). Однако существуют методы воздействия, которые позволяют в эксперименте (а иногда и в клинике) стимулировать регенерационные процессы и применительно отдельных органов добиться полноценного восстановление. К таким воздействиям относится замещения удаленных участков органов гомо-и гетеротранс- плантатом, который способствует заместительной регенерации. Сущность заместительной регенерации заключается в замещении или прорастании трансплантатов регенерационными тканями хозяина. Кроме того, трансплантат является каркасом, благодаря которому направлена??регенерация стенки органа.

Для инициирования стимуляции регенерационных процессов исследователи используют также ряд веществ разнообразной природы - экстракты из животных и растительных тканей, витамины, гормоны щитовидной железы, гипофиза, надпочечников и лекарственные препараты.

24. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ

Физиологическая регенерация свойственна всем организмам. Процесс жизнедеятельности обязательно включает два момента: утрату (де­струкцию) и восстановление морфологических структур на клеточном, тканевом, органном уровнях.

У членистоногих физиологическая регенерация связана с ростом. На­пример, у ракообразных и личинок насекомых сбрасывается хитинизиро­ванный покров, становящийся тесным и тем самым препятствующий увеличению тела. Бурная смена покровов, также называемая линькой, наблюдается у змей, когда животное одномоментно освобождается от старого ороговевшего кожного эпителия, у птиц и млекопитающих при сезонной смене перьев и шерсти, У млекопитающих и человека система­тически слущивается кожный эпителий, целиком обновляющийся прак­тически в течение нескольких дней, а клетки слизистых оболочек кишечника заменяются почти ежесуточно. Сравнительно быстро происходит смена эритроцитов, средний продолжительность жизни которых около 125 дней. Это значит, что в теле человека каждую секунду гибнет около 4 млн. эритроцитов и одновременно в костном мозге образуется столько же новых красных кровяных телец.

Судьба клеток, погибших в процессе жизнедеятельности, неодинакова. Клетки наружных покровов после гибели слущиваются и попадают во внешнюю среду. Клетки внутренних органов претерпевают дальнейшие изменения и могут играть важную роль в процессе жизнедеятельности. Так, клетки слизистой оболочки кишечника богаты ферментами и после слущивания, входя в состав кишечного сока, принимают участие в пище­варении,

Погибшие клетки заменяются новыми, образующимися в результате деления. На течение физиологической регенерации влияют внешние и внутренние факторы. Так, понижение атмосферного давления вызывает увеличение количества эритроцитов, поэтому у людей, постоянно живу­щих в горах, содержание эритроцитов в крови больше, чем у живущих в долинах; такие же изменения происходят у путешественников при подъеме в горы. На число эритроцитов оказывают влияние физическая нагрузка, прием пищи, световые ванны.

О влиянии внутренних факторов на физиологическую регенерацию можно судить по следующим примерам. Денервация конечностей изме­няет функцию костного мозга, что сказывается на снижении числа эри­троцитов. Денсрвация желудка и кишечника ведет к замедлению и на­рушению физиологической регенерации в слизистой этих органов.

Б. М. Завадовский, скармливая птицам препараты щитовидной же­лезы, вызывал преждевременную бурную линьку. Циклическое обновле­ние слизистой оболочки матки находится в связи с женскими половыми гормонами и т. д. Следовательно, воздействие желез внутренней секре­ции на физиологическую регенерацию несомненно. С другой стороны, деятельность желез обусловлена функцией нервной системы и факто­рами внешней среды, например полноценным питанием, светом, микро­элементами, поступающими с пищей, и т. д.

Ученые давно пытаются понять, каким образом земноводные - например, тритоны и саламандры - регенерируют оторванные хвосты, конечности, челюсти. Более того, у них восстанавливаются и поврежденное сердце, и глазные ткани, и спинной мозг. Способ, применяемый земноводными для саморемонта, стал понятен, когда ученые сравнили регенерацию зрелых особей и эмбрионов. Оказывается, на ранних стадиях развития клетки будущего существа незрелы, их участь вполне может измениться.

Это показали эксперименты над эмбрионами лягушек. Когда эмбрион имеет всего лишь нескольких сотен клеток, из него можно вырезать часть ткани, которой уготована участь стать шкурой, и поместить ее в область мозга. И эта ткань станет частью мозга. Если же подобная операция производится с более зрелым эмбрионом, то из клеток кожи все равно развивается кожа - прямо посреди мозга. Потому что судьба этих клеток уже предопределена.

Для большинства организмов клеточная специализация, из-за которой одна клетка становится клеткой иммунной системы, а другая, скажем, частью шкурки - это дорога с односторонним движением, и клетки придерживаются своей "специализации" до самой смерти.

А клетки земноводных умеют обратить время вспять и вернуться к тому моменту, когда предназначение могло измениться. И если тритон или саламандра потеряли лапу, на поврежденном участке тела клетки костей, шкуры и крови становятся клетками без отличительных признаков. Вся эта масса вторично "новорожденных" клеток (ее называют бластемой) начинает усиленно делиться. И в соответствии с нуждами "текущего момента" становиться клетками костей, шкуры, крови... Чтобы стать в конце процесса регенерации новой лапой. Лучше прежней.

Регенерация тканей у человека

А как у человека? Известно только два вида клеток, которые могут регенерировать, - это клетки крови и клетки печени. Но здесь принцип регенерации иной. Когда эмбрион млекопитающего развивается, немножко клеток остается в стороне от процесса специализации. Это - стволовые клетки. Они обладают способностью пополнять запасы крови или отмирающих клеток печени. Костный мозг тоже содержит стволовые клетки, которые могут становиться мышечной тканью, жиром, костями или хрящами - в зависимости от того, какие питательные вещества им даются. По крайней мере в кюветах.

Если ввести клетки костного мозга в кровь мыши с поврежденными мышцами, эти клетки собираются в месте повреждения и выправляют его. Впрочем, что верно для мыши, неприменимо к человеку. Увы, мышечные ткани взрослого человека не восстанавливаются.

Есть ли шансы на то, что человеческое тело обретет способность регенерировать недостающие части? Или подобное остается уделом научной фантастики?

Регенерация у млекопитающих

Совсем недавно ученые твердо знали, что млекопитающие не могут регенерировать. Все изменилось совершенно неожиданно и, как часто бывает в науке, совершенно случайно. Иммунолог Элен Хебер-Кац из Филадельфии однажды дала своему лаборанту обычное задание: проколоть уши лабораторным мышам, чтобы нацепить им ярлычки. Через пару недель Хебер-Кац пришла к мышам с готовыми ярлычками, но... не нашла в ушках дырочек. Естественно, доктор устроила выволочку своему лаборанту и, невзирая на его клятвы, сама взялась за дело. Прошло несколько недель - и изумленному взору ученых предстали чистейшие мышиные ушки без всякого намека на заживленную ранку.

Этот странный случай заставил Хербер-Кац сделать совершенно невероятное предположение: а что если мыши просто регенерировали ткани и хрящи для заполнения ненужных им дырок? При пристальном рассмотрении выяснилось, что в поврежденных участках ушей присутствует бластема - такие же неспециализированные клетки, как у земноводных. Но мыши -млекопитающие, они не должны бы иметь такие способности...

А как другие части тела? Доктор Хебер-Катц отрезала мышкам кусочек хвоста и... получила 75-процентную регенерацию!
Возможно, вы ждете, что сейчас я расскажу, как доктор отрезала мышиную лапку... Напрасно. Причина очевидна. Без прижигания мышь просто умрет от большой потери крови - задолго до того, когда начнется (если вообще начнется) регенерация потерянной конечности. А прижигание исключает появление бластемы. Так что полный список регенерационных способностей катцевских мышей выяснить не удалось. Однако и это уже немало.

Но только, бога ради, не режьте хвосты своим домашним мышам! Потому что в филадельфийской лаборатории живут особенные питомцы - с поврежденной иммунной системой. И вывод из своих опытов Хебер-Катц сделала такой: регенерация присуща только животным с уничтоженными Т-клетками (клетками иммунной системы).

А у земноводных, кстати, вообще нет никакой иммунной системы. Значит, именно в иммунной системе и коренится разгадка этого феномена. Млекопитающие имеют такие же необходимые для регенерации тканей гены, как и земноводные, но Т-клетки не позволяют этим генам работать.
Доктор Хебер-Катц полагает, что организмы первоначально имели два способа исцеления от ран - иммунную систему и регенерацию. Но в ходе эволюции обе системы стали несовместимы друг с другом - и пришлось выбирать. Хотя регенерация может на первый взгляд показаться лучшим выбором, Т-клетки для нас - насущней. Ведь они - основное оружие организма против опухолей. Что толку быть способным отращивать себе заново потерянную руку, если одновременно в организме будут бурно развиваться раковые клетки?
Получается, что иммунная система, защищая нас от инфекций и рака, одновременно подавляет наши способности к "саморемонту".

Дорос Платика, глава бостонской компании Ontogeny, уверен, что однажды мы сможем запустить процесс регенерации, даже если и не поймем все его детали до конца. Наши клетки хранят в себе врожденную способность отращивать новые части тела, точно так, как они это делали в процессе развития плода. Инструкция по выращиванию новых органов записана в ДНК каждой из наших клеток, нам просто нужно заставить их "включить" свою способность, а дальше процесс сам позаботится о себе.

Специалисты Ontogeny работают над созданием средств, включающих регенерацию. Первое - уже готово и, возможно, скоро будет разрешено к продаже в Европе, США и Австралии. Это - фактор роста под названием OP1, он стимулирует рост новой костной ткани. OP1 поможет при лечении сложных переломов, когда две части сломанной кости сильно не совпадают друг с другом и потому не могут срастись. Часто в таких случаях конечность ампутируют. Но OP1 стимулирует костную ткань так, что она начинает расти и заполняет собой промежуток между частями сломанной кости.

Все, что нужно сделать врачам, - это подать сигнал, чтобы костные клетки "росли", а тело само знает, сколько нужно костной ткани и где. Если такие сигналы роста найти для всех типов клеток, отрастить новую ногу можно будет при помощи нескольких инъекций.

Подводные камни регенерации

Правда, на пути к столь светлому будущему есть пара ловушек. Во-первых, стимулирование клеток к регенерации может привести к возникновению рака. Земноводные, не имеющие иммунной защиты, как-то иначе защищены от рака - вместо опухолей у них вырастают новые части тела. Но клетки млекопитающих так легко поддаются бесконтрольному обвальному делению...

Другая ловушка - это проблема времени. Когда у эмбрионов начинают расти конечности, химические вещества, диктующие форму новой конечности, легко распространяются по крошечному телу. У взрослых людей расстояния значительно больше. Можно решить эту проблему, сформировав очень маленькую конечность, и затем начать ее выращивать. Именно так и поступают тритоны. Для выращивания новой конечности им требуется всего пара месяцев, но мы-то ведь немного больше. Сколько времени потребуется человеку, чтобы вырастить новую ногу до нормального размера? Лондонский ученый Джереми Брокс считает, что не меньше 18 лет...

А вот Платика более оптимистичен: "Я не вижу причины, по которой нельзя отрастить новую ногу за считанные недели или месяцы".Так когда же врачи смогут предложить инвалидам новую услугу - отращивание новых ног и рук? Платика говорит, что через пять лет.

Регенерация в стоматологии

Неправдоподобно? Но ведь если бы пять лет назад кто-то сказал, что будут клонировать человека, никто бы ему не поверил... Но потом была овечка Долли. А сегодня мы, забыв об удивительности самой этой операции, обсуждаем совсем другую проблему - имеют ли право правительства остановить научный поиск? И принудить ученых искать для уникального эксперимента клочок экстерриториального океана? Хотя существуют и совершенно неожиданные ипостаси. Например стоматология. Хорошо бы если потерянные зубы отрастали... Этого и добились японские ученые.

Система их лечения, по информации ИТАР-ТАСС, основана на генах, которые отвечают за рост фибропластов - тех самых тканей, что растут вокруг зубов и держат их. Как сообщают ученые, сначала они проверили свой метод на собаке, у которой предварительно развили тяжелую форму парадонтоза. Когда все зубы выпали, пораженные участки обработали веществом, в состав которого входят эти самые гены и агар-агар - кислотная смесь, обеспечивающая питательную среду для размножения клеток. Спустя шесть недель у пса прорезались клыки. Такой же эффект наблюдался у обезьяны со стесанными до основания зубами. По словам ученых, их метод намного дешевле протезирования и впервые позволяет вернуть в прямом смысле свои зубы огромному числу людей. Особенно если учесть, что после 40 лет склонность к пародонтозу возникает у 80 процентов населения планеты.

Что такое регенерация и как она происходит? Ответы на данные вопросы имеются частично. К примеру, ученые уже знают, что такое регенерация. Данный процесс всячески испытывали в лабораторных условиях, но так и не смогли полностью определить, как и почему она происходит у некоторых видов. В данной статье мы разберемся с этим понятием и попробуем определить, свойственна ли регенерация человеку.

Кто в процессе эволюции освоил регенерацию

Регенерацией называют процесс восстановления. Некоторые существа могут восстанавливать утраченные конечности и некоторые органы. Например, тритоны (их считают одними из самых древних на нашей планете) могут отрастить себе новый хвост, лапу и даже челюсть. Это действительно уникальное существо, относящееся к хвостатым амфибиям.

После длительного изучения тритонов в лабораториях всего мира, ученые определили, что у них регенерируются не только утраченные конечности, но и жизненно важные органы: сердечные ткани, глаза, спинной мозг. Благодаря уникальности тритоны бывают в космосе чаще собак и обезьян. У них имеется феноменальная способность «приспосабливаться».

Еще регенерацию в процессе эволюции освоили рыбки «данио рерио», которых мы часто держим в домашних аквариумах. Эти красивые существа небольшого размера умеют восстанавливать сердце, плавники, глаза. Исследователи специально вырезали рыбкам вышеперечисленные органы, после чего те их сравнительно быстро восстанавливали. К слову, другие виды рыб тоже так умеют, но зачастую быстро восстанавливают только плавники.

К классическим примерам регенерации относятся:

• ящерицы и головастики, которые отращивают новые хвосты (в детстве практически каждый отрывал нечаянно ящерице хвост, после чего родители убеждали, что у нее отрастет новый);
• крабы и прочие ракообразные, способные восстанавливать клешни – основное свое «оружие»;
• улитки, которые отращивают новые «рожки»;
• саламандры, умеющие регенерировать отрезанные конечности;
• морские звезды, отращивающие себе новые «лучи» (своеобразные конечности).

Чемпион регенерации

Чемпионом в данном деле принято считать червя «плосковика» либо «планарию». Если это существо разрезать на две равные половины, то на одно половине регенерируется недостающий хвост, а на другой – недостающая голова. Организм червя как-то понимает, что ему необходимо отрастить. Если на переднем и заднем концах этого существа произвести небольшие разрезы, то у него отрастут вторые хвост и голова. Самое интересное, что даже из 1/280 части тела «плосковика» получится самостоятельное, полностью развитое, здоровое живое существо.

История изучения регенерации

Ученых всегда интересовало, как животные научились регенерировать утраченные части тело. Человеку тоже не помешала бы такая возможность. Специалисты в различных отраслях науки проводили эксперименты, чтобы вывести законы данного сверхъестественного навыка.

Первым, кто вплотную подошел к изучению регенерации, был француз Р. А. Реомюр. Именно он придумал термин «регенерация» и стал использовать его. В 1712 году опубликовали его первую работу, связанную с регенерацией конечностей у ракообразных. Коллеги скептически восприняли труды Реомюра, из-за чего у ученого пропало желание дальше заниматься изучением регенерации.

Феноменальной способностью снова заинтересовались спустя 30 лет. Опыты продолжил А. Трабле. Именно он обнаружил самое загадочное существо, способное регенерировать, и проводил на нем опыты (речь идет о «плосковике», описанном выше). Ученый долго не мог определить, на ком он экспериментирует. Существо выглядело как пустой внутри стебель с щупальцами и присоской, которой оно прикреплялось к стенке аквариума. Позже оказалось, что в руках у Абраама находился хищник, причем очень интересный.

Отдельные фрагменты тела подопытного быстро превращались в нового полноценного хищника. На месте разрезов отрастали новые части тела, из-за чего существо становилось похожим на фантастического монстра. Трабле назвал существо «гидрой».

Опыты Трабле не остались без внимания. Шокированные ученые пытались повторить их на всем, что шевелилось. Вскоре в мире появилась целая группа живых существ, способных восстанавливаться. На протяжении нескольких десятилетий в нее входили только простейшие организмы, но потом ученые узнали, что птицы могут отращивать новый клюв, а крысы – отрезанный хвост.

Благодаря чему организмы могут регенерироваться?

Ученые обнаружили, что если тритон, например, потеряет конечность, то на поврежденном участке клетки различных тканей теряют признаки отличия. Вторично рожденные клетки называют теперь «бластемой». Их особенностью является ускоренное и усиленное деление. Эти «бластемы» определяют свое предназначение в зависимости от того, какой части тела они нужнее.

На регенерацию можно воздействовать. Ученые выяснили, что если во время восстановления лапки лягушки воздействовать на новорожденные вторично клетки кислотой витамина А, то вместо одной конечности у лягушки вырастет несколько. К слову, опыты на хладнокровных проводятся потому, что вышеописанный навык развит лучше всего именно у них. Почему-то теплокровные не научили восстанавливать значительные участки тела.

Регенерация у человека

Как известно, человек не может отрастить себе новую конечность. Но регенерировать его организм все-таки умеет. Простейшей регенерацией можно назвать заживление раны и тому подобное. Человек не может полноценно восстанавливать утраченные конечности по нескольким причинам.

Доктор наук в области биологии Петр Гаряев считает, что умение регенерировать у нас ослабилось во время эволюции, так как человек всегда был более защищенным от внешних воздействий, чем остальные живые существа. Мы обладаем завидной выносливостью, можем быстро находить выход из любой ситуации, легко приспосабливаемся к новым условиям. Из-за этого полная регенерация нам не нужна. Она сохранилась у нас частично, благодаря чему растут ногти и волосы, заживают раны, восстанавливается обожженная либо ободранная кожа.

Можно ли заставить организм человека регенерировать

Вернемся к «бластеме». Если бы у человека имелись такие клетки, то теоретически он мог бы регенерировать свои конечности и все прочее, что могут восстанавливать хладнокровные. В человеческом организме имеется два вида клеток, способных регенерировать. Это клетки крови и печени.

Во время развития эмбриона часть клеток воздерживаются от специализации. Эти клетки называются стволовыми. Именно они могут пополнять запасы крови и восстанавливать ткани печени, при необходимости. Стволовые клетки, находящиеся в костном мозгу, могут превращаться в мышцы, ткани, кости или хрящи. Благодаря этому их можно назвать своеобразной «бластемой».

Ученые уже пытаются проверить опытным путем, можно ли в человеке развить способность регенерировать большие участки тела с помощью программирования стволовых клеток. Для этого они берут данные клетки и воздействуют на них определенным образом в лабораторных условиях, пытаясь заставить видоизменяться в нужном направлении. Более того, у ученых уже получается выращивать органы из стволовых клеток. Осталось только научиться выращивать полноразмерные органы, способные самостоятельно функционировать. Именно с этим возникают проблемы.

Дело в том, что то, что удается крошечному организму, очень сложно осуществить большому человеческому. Теоретически мы можем поступить как тритоны: регенерировать маленькую ручку или ножку, после чего выращивать ее. Но тритонам на это требуется не больше месяца, а нам – около 20-и лет.

К слову, добывать вышеописанные клетки очень сложно и дорого. Такие клетки в максимальном количестве находятся в костном мозге тазовых костей, но у взрослого человека стволовые клетки теряют свою функциональность. Самыми перспективными считаются стволовые клетки, полученные из пуповинной крови. После родов можно собрать около 50 мл такой крови. Из каждого миллилитра можно получить всего 1 миллион стволовых клеток, и только 1% из них оказываются подходящими для регенерации. Поэтому, чтобы развить человеческую регенерацию ученым придется научиться создавать стволовые клетки в лаборатории или заставить другие органы человеческого тела вырабатывать их. К счастью, наука не стоит на месте. Возможно, когда-нибудь человек научится восстанавливаться подобно тритону или даже «плосковику».