Regeneracija izgubljenih dijelova tijela nemoguća je za ljude, ali razbijanje staničnog koda daždevnjaka moglo bi pomoći u liječenju teških ozljeda.
Daždevnjaci su izvanredna stvorenja. Ako jedan od ovih vodozemaca izgubi prst, on mu ponovno izraste. Nadalje, ako mu odsiječete komad srca ili leđne moždine, ono će se regenerirati. Možda je najimpresivnije to što im čak može ponovno narasti noga koju im je odgrizao neki gladni grabežljivac.
Jedna od najpoznatijih vrsta daždevnjaka je aksolotl (Ambystoma mexicanum), kojega je moguće naći u jezerima u blizini Mexico Cityja.
Aksolotl je istinski Petar Pan među daždevnjacima. Čak i 30 centimetara dugačka reproduktivna odrasla jedinka zadržava značajke svoje mladenačke faze tijekom cijelog životnog ciklusa.
Istaknute škrge koje strše na stražnjoj strani glave zadržane su iz aksolotlove faze ličinke. Činjenica da nikada ne napušta vodu tijekom svog života, neobična je za vodozemce.
Bog vatre
Aksolotli su dobili ime po astečkom bogu vatre Xolotlu koji se, prema legendi, prerušio u daždevnjaka kako bi izbjegao svoje žrtvovanje. Danas znanstvenici proučavaju aksolotle u svojim laboratorijima zbog njihove nevjerojatne sposobnosti da im ponovno izraste jedan ili čak dva ekstremiteta.
„Još uvijek sam fascinirana time kako im se ekstremiteti regeneriraju”, kaže profesorica Elly Tanaka s Istraživačkog instituta za molekularnu patologiju u Beču, Austrija, koja proučava daždevnjake gotovo dva desetljeća.
Njezin se laboratorij usredotočuje na karakterističnu vrstu aksolotla, no „čini se da svi daždevnjaci koje su ljudi proučavali regeneriraju svoje ekstremitete”, primjećuje.
U okviru projekta RegGeneMems kojega financira EU, prof. Tanaka pokušava razotkriti misterij kako molekule naređuju stanicama unutar ozlijeđenog aksolotla da se razvijaju i pokreću, čime se cijeli ekstremitet vraća u izvorni omjer i veličinu.
Ta je regeneracija moguća do ramena, a događa se kao da životinji po prvi put raste ekstremitet.
Iako ponovni rast ruke ili noge čovjeka i dalje spada u područje znanstvene fantastike, istraživači vjeruju da daždevnjaci mogu ponuditi uvid u to kako bi se ozljede pacijenata mogle bolje liječiti.
„Kad izgube ekstremitet, ili čak dva, i dalje su prilično pokretni jer mogu plivati s pomoću svog repa”, kaže prof. Tanaka.
Stanični mehanizmi
„Lekcija koju smo naučili od daždevnjaka je da upotrebljavaju isti molekularni mehanizam koji upotrebljavaju tijekom razvoja ekstremiteta”, kaže prof. Tanaka. Uz lekcije naučene od aksolotla, mogli bismo poboljšati vlastiti mehanizam za zacjeljivanje ozljeda.
Nakon što aksolotl izgubi ekstremitet, na mjestu rane stvara se krvni ugrušak. Stanice kože kreću se kako bi prekrile ranu unutar jednog dana. Zatim se donji slojevi tkiva počinju preslagivati, najprije formirajući zbrkanu masu stanica, blastem, koja se čini u potpunosti neorganizirana.
Blastem je masa nediferenciranih stanica koje imaju sposobnost pretvoriti se u organ ili izraslinu. Posebno je važan u regeneraciji otkinutih ekstremiteta.
U ljudskim ranama ožiljno tkivo formira stanice nalik ljepilu koje se nazivaju fibroblasti. Kod daždevnjaka se događa nešto nevjerojatno jer u roku od nekoliko tjedana te stanice odlaze korak unatrag kroz vrijeme i postaju manje specijalizirane.
Obnavljaju dovoljno fleksibilnosti da postanu kost, ligament, tetiva ili hrskavica. Zatim jedni drugima šalju signale koji usmjeravaju rekonstrukciju dijela tijela koji nedostaje iz batrljka, stvarajući identičnu kopiju.
Prof. Tanaka je nedavno otkrila kako neki ključni signali pomažu u rasporedu stanica i tkiva iz nečega što izgleda kao zbunjujuća zbrka.
Otkrila je da stanice u regenerirajućem tkivu koje dolaze sa strane palca ekstremiteta počinju proizvoditi različite signale od stanica sa strane malog prsta.
Sonic Hedgehog
„Strana palca proizvodi FGF-8 (faktor rasta fibroblasta), a to govori stanicama na strani malog prsta da trebaju proizvoditi Sonic Hedgehog”, kaže prof. Tanaka.
Nazvana u čast slavnog lika iz videoigre Sonic the Hedgehog, signalna molekula Sonic Hedgehog (SHH) ključna je za embrionalni razvoj kod životinja i ljudi.
Druga signalna molekula, također pronađena kod ljudi, je FGF-8, koja također ima ulogu u obnavljanju i razvoju tkiva.
Zajedno, FGF-8 i SHH potiču uvjete za rast unutar oštećenog ekstremiteta i pomažu u usmjeravanju zbrke stanica u blastemi.
„Potrebno je da stanice sa strane malog prsta i palca ekstremiteta dođu u ovaj blastem, tako da imate sve vrste stanica koje trebate obnoviti”, rekla je prof. Tanaka.
Još jedna znanstvenica koju su zaintrigirali aksolotli je stanična biologinja dr. Sandra Edwards s TU Dresden. Zainteresirala se za daždevnjake nakon što je pohađala istraživački tečaj u SAD-u tijekom svog doktorata u Čileu, preusmjerivši svoju karijeru.
Prijavila se za pridruživanje laboratoriju Tatiane Sandoval-Guzmán, eminentne istraživačice regeneracije ekstremiteta aksolota u Centru za regenerativne terapije Dresden (CRTD).
„Što sam više slušala o daždevnjacima, to sam više bila fascinirana”, prisjetila se dr. Edwards, koja se nada da će njezino istraživanje jednog dana pomoći pacijentima.
Napetost tkiva
Kao istraživačica na projektu ProDistReg, Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA), dr. Edwards proučava kako razlike u napetosti unutar tkiva mogu utjecati na regeneraciju i pomoći životinji da ono što se čini kao stanični kaos pretvori u savršeno funkcionalan ekstremitet.
Zaintrigirala ju je činjenica da je za ponovni rast ekstremiteta potrebno slično vrijeme, bez obzira na količinu tkiva koje se nadomješta. To znači da ekstremiteti moraju rasti brže kada se ukloni više tkiva.
„Moja hipoteza je da je napetost ili ukočenost veća u tkivima koja rastu sporije”, rekla je.
Možda se čini iznenađujućim, ali mehanika i krutost tkiva mogu utjecati na njihov razvoj i regeneraciju, kao i na patologije poput raka.
Unutar stanica postoji mreža slična mreži koja se naziva citoskelet. Ona može osjetiti vanjske pritiske kada se komprimira, što otvara ulazne točke (slično poštanskim sandučićima) u jezgru stanice, dopuštajući protok molekularnih poruka i uključivanje i isključivanje gena.
„U našem sustavu primijetili smo da su tijekom stvaranja ekstremiteta kod aksolotla, tkiva koja su bliža tijelu mekša i rastu brže od tkiva koja su udaljenija od tijela na kraju ekstremiteta, koja su primjerice čvršća”.
Matrica stanica
Znanje o krutosti tkiva moglo bi pomoći ozlijeđenim pacijentima. Iako je moguće da bi se takvi pacijenti mogli liječiti matičnim stanicama isporučenim u matrici, važnima bi se mogli pokazati i pritisci unutar pacijentovih tkiva.
„Može se dogoditi da se tkiva i njihove stanice na različitim dijelovima tijela ponašaju drugačije, čak i unutar iste strukture kao što je ruka, na primjer, nadlaktica i podlaktica”, kaže dr. Edwards. Stoga, u regenerativnoj medicini, gdje se matrice koje sadrže stanice transplantiraju u velike ozljede, takve će potpore možda morati biti različite, ovisno o tome gdje će se u tijelu postaviti.
Iako profesorica Tanaka provodi većinu dana proučavajući molekularnu mehaniku popravka aksolotla, i ona predviđa buduće upotrebljavati za ozlijeđene pacijente. No, daždevnjaci i sisavci se drugačije razvijaju.
Kod sisavaca, kao što smo mi, kad prvi put razvijemo ruku, to se događa na sićušnoj razini u embriju. Daždevnjak je drugačiji. Čini se kao da ima pupoljak koji se može razviti u veliku odraslu ruku.
Matične stanice
„Nećemo moći tražiti od ljudske stanice da to učini, jer je programirana da radi u sićušnim razmjerima”, kaže prof. Tanaka. „No, možda bismo mogli proizvesti skupinu ljudskih matičnih stanica koje se regeneriraju poput aksolotla”.
To bi moglo biti iznimno korisno, na primjer, za ljude koji imaju opekline na velikoj površini tijela. Regeneracija te kože trenutačno ne vraća osobi znojne žlijezde, folikule dlake i druge tipove stanica, no lekcije koje smo naučili od daždevnjaka mogle bi to omogućiti.
„Resetiranje tih fibroblasta, kako to radi aksolotl, moglo bi biti vrlo relevantno za bolje zacjeljivanje vrlo velikih rana, poput opeklina”, kaže prof. Tanaka.
Istraživanja u ovom članku financira Europsko istraživačko vijeće EU-a i program Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA). Ovaj je članak izvorno objavljen u časopisu Horizon, časopisu za istraživanje i inovacije EU-a.