Odrastanie kończyn przestaje być fantazją

Regeneracja kończyn przestaje być wyłącznie domeną biologii egzotycznych zwierząt. Naukowcy pokazują, że istnieje wspólny mechanizm, który – przynajmniej częściowo – można uruchomić także u ssaków

Co roku na świecie wykonuje się ponad milion amputacji kończyn. Najczęściej są  skutkiem chorób naczyniowych, urazów, nowotworów lub infekcji. Wraz ze starzeniem się populacji i rosnącą liczbą przypadków cukrzycy liczba tych zabiegów będzie rosła. Zespół biologów i lekarzy z USA szuka rozwiązania, które pozwoliłoby odbudować utracone tkanki.

Badanie opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences opisuje wspólny zestaw genów odpowiedzialnych za regenerację kończyn u bardzo różnych organizmów: salamander, ryb i ssaków. To punkt wyjścia do terapii genowej, która miałaby uruchamiać podobne procesy u ludzi.

„To badanie pokazało nam, że istnieją uniwersalne programy genetyczne sterujące regeneracją u bardzo różnych organizmów” – mówi Josh Currie, biolog z Wake Forest University i współautor pracy.

Wspólny kod regeneracji

Naukowcy porównali trzy organizmy modelowe: aksolotla – meksykańskiego płaza, który potrafi odtworzyć całe kończyny, ogon i części narządów, w tym fragmenty mózgu; danio pręgowanego, który szybko regeneruje płetwy i tkanki; oraz mysz, której mogą odrastać końcówki palców (budzie mają podobną, choć ograniczoną zdolność regeneracji, pod warunkiem że uszkodzenie nie narusza łożyska paznokcia).

We wszystkich trzech przypadkach badacze znaleźli wspólny element: aktywność genów SP6 i SP8 w regenerującym się naskórku. To czynniki transkrypcyjne, które uruchamiają procesy niezbędne do odbudowy tkanek.

Aby sprawdzić ich rolę, zespół usunął gen SP8 z genomu aksolotla przy użyciu technologii CRISPR. Efekt był jednoznaczny: zwierzę nie było w stanie prawidłowo odtworzyć kości utraconej kończyny. Podobny problem pojawił się u myszy pozbawionych SP6 i SP8.

Terapia genowa zamiast brakującego sygnału

Na tym etapie do pracy włączył się zespół Davida A. Browna z Duke University. Wykorzystano element regulacyjny pochodzący z danio pręgowanego oraz wektor wirusowy do dostarczenia genu FGF8 do miejsca urazu. FGF8 to cząsteczka, której aktywność zwykle zależy od genów SP.

Terapia częściowo przywróciła zdolność regeneracji u myszy pozbawionych SP6 i SP8 oraz przyspieszyła odrastanie końcówek palców u zwierząt bez modyfikacji genetycznych. Oznacza to, że brakujący sygnał można przynajmniej częściowo zastąpić.

„To dowód, że możemy stworzyć terapię, która zastępuje brakujące sygnały z naskórka i uruchamia procesy potrzebne do odrastania tkanek u ludzi” – mówi Currie.

Fundament pod dalsze badania

Autorzy podkreślają, że droga od regeneracji palca myszy do odtworzenia ludzkiej kończyny jest długa. Samo badanie ma charakter podstawowy. Pokazuje jednak, że różne gatunki korzystają z podobnych mechanizmów i że można je aktywować w kontrolowany sposób.

„Naukowcy pracują nad wieloma rozwiązaniami, od rusztowań tkankowych po terapie komórkami macierzystymi” – mówi Currie. „Podejście genowe jest kolejną ścieżką, która może uzupełniać inne metody”.

W pracy wykorzystano także dane z sekwencjonowania pojedynczych komórek oraz analizę procesów zapalnych związanych z odbudową kości. Regeneracja u myszy wiąże się między innymi z aktywnością osteoklastów i sygnalizacją zależną od interleukiny 17.

Trzy modele zamiast jednego

Autorzy zwracają uwagę, że kluczowym elementem badania było połączenie wyników z różnych modeli biologicznych. Zamiast prowadzić prace osobno, zestawiono dane z trzech układów.

„Często pracujemy w swoich silosach: tylko na aksolotlach, tylko na myszach albo tylko na rybach” – mówi Currie. „To badanie pokazuje, jak dużo daje połączenie tych podejść”.

Efektem jest koncepcja terapii genowej kierowanej bezpośrednio do miejsca urazu, która aktywuje program regeneracyjny tam, gdzie jest potrzebny. Autorzy opisują ją jako podejście modułowe, możliwe do rozwijania w różnych zastosowaniach medycznych.

Źródła:

• EurekAlert!, Wake Forest University – For regrowing human limbs, this salamander gene could hold the key
  https://www.eurekalert.org/news-releases/1124515
• David A. Brown i in., Enhancer-directed gene delivery for digit regeneration based on conserved epidermal factors, „Proceedings of the National Academy of Sciences”, 2026
  https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2532804123

• Nauki biologiczne i rolnicze
• Nauki medyczne