Ген на аксолотъла може да помогне за регенериране на човешки крайници

В общия ген в три напълно различни вида – аксолотли, мишки и данио, известна още като риба зебра, учени откриват потенциал за генна терапия, която може да възстанови крайниците на хората. Изследователи не само идентифицират често срещани гени, но и разработват нова терапия, която помага върховете на пръстите на мишки да се възстановят.
Изследването обединява усилията на учени и техните екипи от три лаборатории - доц. Джоуа Къри от Университета „Уейк Форест“, хирургът доц. Дейвид Браун от Университета Дюк и проф. Кенет Пос от Университета на Уисконсин-Мадисън.

Аргументите за изследването

Всяка година в света се извършват повече от 1 милион ампутации на крайници, а основните причини затова са свързани с различни заболявания като диабет, рак, инфекции, наранявания. Данните са от годишния доклад „Глобално бреме на болестите“(GBD). Очакванията са този брой да се увеличава като се има предвид, че населението в света застарява, но и това, че се увеличават случаите на диабет.

Това е причината учените да търсят лечение, различно от протезите, нещо, което би могло да замести сложните сензорни и двигателни функции на естествения крайник. Ключът към решаването на проблема може да се крие в SP гените, които са жизненоважни за регенерацията и се откриват при аксолотли, мишки и риби-зебра. Екипите на доц. Браун, доц. Къри и проф. Пос приемат предизвикателството и насочват вниманието си към анализ и сравнение точно между тези три различни вида, с които всеки един от тях работи.

Причините да изберат точно тези три вида

Съществуват специфични причини, които водят до избора точно на тези три вида животни:

• Аксолотълът е изключително добър в регенерацията. Може да възстанови цели крайници, опашка, части от сърцето, гръбначния мозък, черния и белите дробове, челюстта.
• Рибите зебра предлагат едни от най-добрите модели за регенерация на крайници, защото опашните им перки се възстановяват бързо и имат неограничен капацитет за повторен растеж. Също като аксолотъла те могат да регенерират сърцето, мозъка, гръбначния мозък, ретината, бъбреците и панкреаса си.
• Мишките, които са подобни на хората, са бозайниците, които са в състояние да възстановят върховете на пръстите си. Хората също регенерират върховете на пръстите си, когато нараняването запазва нокътното легло, което позволява повторния растеж на плът, кожа и кости.

Усилията на трите екипа се съсредоточават върху изследването на един от трите различни организма, които споделят част от един и същ генетичен апарат, когато регенерират увредени част на тялото. При мишките са върховете на пръстите, при аксолотъла са крайниците, а при рибата зебра са перките.

Екипите се съсредоточават върху случващото се скоро след ампутацията, когато върху раната се образува специален слой кожа. При животните, при които са налице регенеративни процеси, тази кожа не само запечатва, а действа като сигнален център и подпомага растежа на нова тъкан отдолу.

Учените откриват, че регенериращият се епидермис или кожа и на трите вида експресира гените SP6 и SP8. След това се заемат да разберат за какво са отговорни тези гени и как работят.

Гените SP6 и SP8

В лабораторията на доц. Джошуа Къри, в която изследванията са насочени към аксолотъла, установяват, че работата по регенерирането на крайниците изпълнява SP8. Учените използват технологията за редактиране на гени CRISPR и чрез нея премахват SP8 от генома на аксолотъла. Става ясно, че без него аксолотълът не може правилно да регенерира костите на крайниците. Същият резултат изследователите наблюдават и при пръстите на мишките, когато SP6 и SP8 липсват.

След тази информацията екипът на доц. Дейвид Браун започва работа по разработването на вирусна генна терапия. Прави го като използва усилвател на регенерацията на тъкани, който е открит при рибата зебра. При тази терапия инжектират на мишките секретираната молекула FGF8. Това е ген, който обикновено се активира от SP8 и насърчава повторния растеж на костите на пръстите, но и възстановява частично регенеративната функция на липсващите SP гени. Човешките крайници не притежават такава регенративна способност, но могат да я придобият благодарение на терапии, които имитират способностите на SP гените.

Резултатите от проучването

Проучването показва, че съществуват универсални, обединяващи генетични програми, които задвижват регенерация при много различни видове животни. Моделът има значение, защото едни и същи гени се появяват и при трите вида по време на регенерация, независимо че животните възстановяват различни структури, пишат авторите в статия с резултатите, публикувана в сборника с доклади на Националната академия на науките (PNAS).

„Можем да използваме това като доказателство, че сме в състояние да разработим лечения, които да заменят регенаративния епидермис за възстановяване на тъканите при хората“, обяснява доц. Джошуа Къри.

Независимо от факта, че са нужни още изследвания, за да се приложат откритията, свързани с пръстите на мишките към човешките крайници, доц. Къри определя научната работа на екипите като основополагаща в търсенето на начини за възстановяване на крайниците след заболяване или нараняване.

„Учените изследват различни подходи за подмяна на крайници, включително биоинженерни скелета и терапия със стволови клетки. Подходът на генната терапия, който описваме в проучването, е нова насока. Тя може да допълни и подобри това, което ще се превърне в мултидисциплинарен подход към регенерацията на човешки крайници“, подчертава доц. Къри, който определя развитието на животните като процес, който спира дъха и при който една клетка дава началото на всички клетки и тъкани в тялото. Един от основните въпроси, на който той търси отговора, не само в това изследване, е, как може да бъдат възстановени частите на този процес така, че да се появи тъкан, когато тя е загубена или повредена.

Решението учени, изучаващи толкова различни животни, да си сътрудничат оказва решително влияние на настоящото изследване, подчертава доц. Джошуа Къри и допълва: „Много често учените работят всеки в своя коловоз. Ето, ние работим само с аксолотъл, колегите само с мишки или само с риба-зебра. Истинската и забележителна характеристика на това изследване е, че работим с всички тези различни организми. Изключително е и много ползотворно. Надявам се да виждаме повече подобно сътрудничество.“

Изследователите подчертават, че научната им работа не твърди, че хората са близо до момента, в който ще бъдат в състояние да регенерират изцяло ръце и крака. Предстои още много работа, но изследването предлага нов начин да се мисли за регенерацията като медицинска цел. То предлага вместо заздравяването на рани и възстановяването на костите да бъдат третирани като отделни проблеми, посоката да бъде споделена генетична програма в епидермиса, която помага за координирането и на двете.

Генната терапия може да се превърне в част от по-широк набор от инструменти, който работа с други регенеративни стратегии.