Что мы знаем о регенерации?

Киноманы и любители комиксов вспомнят, как один из фантастических героев-злодеев доктор Курт Коннорс, потеряв руку, экспериментировал с клеточной регенерацией и смог возместить свою конечность с помощью ДНК рептилий. Совсем недавно вырастить новые органы и ткани человека казалось невозможным. Сейчас регенеративная медицина является активно развивающимся научным направлением, превратившимся из фантазии в реальность. Основой регенеративной медицины являются обширные сведения в области регенеративной биологии, накопленные к настоящему моменту. В последнем номере журнала Physiology опубликована большая обзорная статья, посвященная механизмам регенерации клеток живых организмов и принципам, лежащим в основе физиологического процесса восстановления волосяного покрова и перьев у животных и птиц в течение жизни.

Концепция регенеративной медицины была сформулирована относительно недавно. В ее основе лежат хорошо известные закономерности естественного восстановления органов и тканей живых организмов. Так, восстановление волосяного покрова и перьев в течение жизни животных и птиц является нормальным физиологическим процессом. Обзорная статья в журнале Physiology посвящена механизмам, позволяющим окружающей среде регулировать активность стволовых клеток в волосяных фолликулах волос и перьев. В ней также обсуждается влияние различных конфигураций стволовых клеток на форму органов в различных частях организма, меняющуюся в зависимости от его физиологических потребностей.

В статье анализируются результаты исследований по изучению нормальной регенерации волос и перьев в течение всей жизни животных и птиц, приводятся современные данные о механизмах возобновления роста волос и перьев, а также указаны «пробелы» в научных представлениях о регенерации «придатков кожи» и перспективные направления будущих исследований в этой области.

В обзоре приведены сведения из десятков статей, описывающих процесс «физиологической», то есть нормальной регенерации. Термин физиологическая регенерация подразумевает повторное вторичное развитие органов и тканей организма в течение жизни животного, возникающее в отсутствие их повреждения. Физиологическая регенерация наблюдается при переходе от одного жизненного этапа к другому (например, смена оперения у цыпленка при его превращении в курицу, превращение пушка на подбородке мальчика в щетину, когда он становится подростком) или в ответ на воздействие различных факторов окружающей среды (например, кошки в летнюю жару теряют теплую зимнюю шерсть, зайцы в зимнее время года меняют летний серый окрас шерсти на маскирующий белый).

Ученые считают, что физиологическую регенерацию активируют как внутренние сигналы организма, например, физиология самого волосяного фолликула, так и внешние сигналы, например, действие окружающей среды. Однако механизмы, обусловливающие физиологические перестройки в организме, пока не установлены. Стволовые клетки внутри фолликула обеспечивают регенерацию волос и перьев, но способы управления этими клетками, позволяющие создать нужную форму, размер и расположение производных кожи, пока неизвестны. Также неизвестны способы, позволяющие заново вырастить волосы или кожу человека после серьезных повреждений, сопровождающихся формированием рубцовой ткани.

Анализ проведенных исследований указывает на значительные успехи ученых в области совершенствования представлений о причинах и механизмах восстановления волосяного покрова и перьев у животных и птиц при их естественной потере или в результате смены жизненных циклов, но многие аспекты этих процессов все еще остаются неизвестными. В то же время эти знания могут содержать важные сведения о том, как восстановить намного более сложные анатомические структуры организма после их потери в результате повреждения, например, пальцы рук и ног.

По мнению авторов, физиологическую регенерацию «придатков кожи» можно использовать в качестве руководства для направленной регенерации тканей, основанной на управлении поведением стволовых клеток взрослого организма, при восстановлении утраченных органов и тканей.



У павлинов легко вырастают новые перья. Поможет ли знание механизмов восстановления волосяного покрова и перьев у животных и птиц восстановить пальцы рук и ног у человека? (фото: © misu / Fotolia)

По материалам American Physiological Society

Оригинальная статья:
Cheng-Ming Chuong, Valerie A. Randall, Randall B. Widelitz, Ping Wu, and Ting-Xin Jiang. Physiological Regeneration of Skin Appendages and Implications for Regenerative Medicine Physiology. Physiology, April 2012 27:61-72 DOI: 10.1152/physiol.00028.2011