Picioarele amputate ar putea crește la loc, primul pas spre regenerare

Un grup de oameni de știință a creat un dispozitiv care poate induce regenerarea parțială a membrelor posterioare în broaștele africane acvatice adulte (Xenopus laevis) accelerând prin reparația țesutului la locul amputației. Constatările lor, care au fost publicate pe 6 noiembrie în revista Cell Reports, introduc un nou model pentru testarea electroceuticalelor (electroceuticals, în engleză) sau a terapiilor de stimulare a celulelor.

Natural, cresc doar niște cioturi. Procedura e revoluționară

„În cel mai bun caz, la broaștele adulte cresc înapoi, în mod normal, doar niște vârfuri cartilaginoase subțiri", spune Michael Levin, autorul principal al studiului, biolog de dezvoltare la Allen Discovery Center de la Universitatea Tufts.

„Procedura noastră a indus un răspuns regenerativ pe care în mod normal nu l-au avut niciodată, ceea ce a rezultant în apendice mai mari, mai structurate. Dispozitivul bioreactor a declanșat rezultate foarte complexe pe care deocamdată bioenginerii nu le pot controla", a arătat el, citat de sciencedaily.com.

Oamenii de știință au imprimat 3D bioreactorul din siliciu și l-au umplut cu hidrogel – o masă lipicioasă de polimeri. Ei au legat hidrogelul cu proteine de mătase hidratante care promovează vindecarea și regenerarea, apoi au adăugat progesteron. Progesteronul este foarte bine cunoscut pentru rolul său în pregătirea uterului pentru sarcină, dar s-a demonstrat, de asemenea, că hormonul favorizează reparația nervului, a sângelui și a țesutului osos.

Cum au realizat experimentul

Cercetătorii au împărțit broaștele în trei grupe: experimentale, de control și de false. Pentru grupul experimental și cel fals, au suturat dispozitivul pe broaște imediat după amputare. În grupul experimental, bioreactorul a eliberat progesteronul pe situl amputației. În toate cazurile, au eliminat dispozitivele după 24 de ore.

Când au analizat broaștele din grupul experimental la momente diferite, de timp de peste 9,5 luni, au observat că bioreactorul părea să declanșeze un grad de regenerare a membrelor care nu a fost observat în celelalte grupuri. În loc de o structură tipică tip ascuțit (țepușă), tratamentul cu bioreactor a dus la formarea unei palete mai apropiată de un membru complet format decât ar putea crea regenerarea neajutată.

„Dispozitivul bioreactor a creat un mediu propice pentru rana în care țesutul ar putea crește așa cum a făcut-o în timpul embriogenezei", spune Levin. „O aplicație foarte scurtă a bioreactorului și a sarcinii sale utile a declanșat luni de creștere li modelare a țesuturilor".

Au crescut și oasele

Levin și echipa sa au analizat mai atent structurile regenerate utilizând analize moleculare și histologice. Ei au văzut că, spre deosebire de grupurile de control și de cel fals, membrele regenerate ale broaștelor tratate cu bioreactor erau mai groase, cu oase mai bine dezvoltate, inervație și vascularizare (vezi FOTO3, n.r.). Analizând înregistrările video ale broaștelor din acvariile lor, ei au observat, de asemenea, că broaștele pot înota aproape ca broaștele neamputate.

Analiza ARN și analiza transcriptomului au arătat că bioreactorul a modificat expresia genei care apare în celulele de la situl amputației. Genele implicate în stresul oxidativ, semnalarea serotoninergică și activitatea celulelor albe din sânge au fost reglate pozotiv, în timp ce alte gene legate de semnalizare au fost reglate negativ.

Cercetătorii au observat, de asemenea, și că răspunsurile de cicatrizare și imune au fost reglate negativ în broaștele tratate cu bioreactor, ceea ce sugerează că progesteronul adăugat a atenuat reacția naturală a organismului la leziuni într-un mod care a fost benefic pentru procesul de regenerare.

Regenerarea, mai aproape decât credem

„Atât în ceea ce privește reproducerea, cât și rolul recent descoperit în funcționarea creierului, acțiunile progesteronului sunt specific locale sau specifice țesuturilor", spune autorul principal Celia Herrera-Rincon, neurolog în laboratorul lui Levin de la Universitatea Tufts.

„Ceea ce demonstrăm prin această abordare este că poate reproducerea, procesarea creierului și regenerarea sunt mai aproape decât credem noi. Poate că aceste procese împărtășesc căi și elemente ale unui cod bioelectric comun - și până în prezent, complet neînțeles".

Echipa lui Levin va continua să studieze procesele bioelectrice pentru inducerea regenerării coloanei vertebrale și reprogramarea tumorii. Cercetătorii speră, de asemenea, să reproducă experimentul bioreactor la mamifere. Studiile anterioare sugerează că șoarecii pot regenera parțial membrele amputate în condițiile potrivite, dar viața lor pe uscat împiedică acest proces.

Cei mai buni regeneratori sunt acvatici

„Aproape toți regeneratorii buni sunt acvatici", precizează Levin, conform sciencedaily.com. „Vă puteți imagina de ce acest lucru contează: un șoarece care își pierde un deget sau un membru și apoi freacă celulele regenerative delicate de pardoseală în timp ce merge pe jos, este puțin probabil să experimenteze regenerarea semnificativă a membrelor".

Levin intenționează să adauge, în continuare, senzori la dispozitivul de monitorizare de la distanță și stimulare optogenetică, care speră că vor îmbunătăți controlul asupra procesului decizional celular după rănire.

Studiul, integral, poate fi consultat AICI.