Регенерация конечности позвоночных

Тема № 12

РЕГЕНЕРАЦИЯ

С. Гилберт. Т. 3, с. 93-109.

А.К.Дондуа. Т.2, гл. 4, 7.

Основные типы регенерации. Физиологическая и репаративная регенерация. Регенерация конечности позвоночных. Регенерационная бластема. Концепция позиционной памяти. Способности различных тканей человека к регенерации (медицинский аспект).

Типы регенерации

Способность животных восстанавливать утраченные органы известна довольно давно. Исследования по регенерации ног и хвоста у тритонов и головастиков лягушек заложили основу учения о регенерации.

Ранее регенерацию рассматривали только как процесс повторного развития, вызываемый повреждениями, наносимыми организму, и приводящий к образованию заново недостающей части организма. Однако в последствие, когда появилось много данных о клеточных механизмах восстановительных процессов, расширился круг объектов и явлений, связанных с этим процессом. Оказалось, что регенерация – это не только реакция на нанесенную травму, она составляет важный элемент процесса репродукции путем бесполого размножения. Например, при поперечном делении червей в случае архитомии обе отделившиеся части восстанавливают недостающие части после деления. При паратомии - в области, где должно произойти поперечное деление особи, формирование задних и передний структур происходит до расхождения новых особей.

Кроме того, было открыто явление физиологической регенерации, обычного для организма процесса, в ходе которого происходит обновление клеточного состава многих тканей. Действительно, у большинства многоклеточных организмов клеточный состав многих тканей непрерывно или периодически обновляется. Наряду со статическими тканями (нервная, мышечная), где клеточное обновление происходит в очень малозаметных масштабах, широко распространены обновляющиеся ткани (эпидермис, кишечный эпителий и др.). Для этих тканей характерна особая организация с пространственным обособлением камбиальной зоны, в которой происходит репродукция клеток, зоны дифференцировки и рабочей зоны, где реализуется специфическая функция ткани. Клетки некоторых тканей иногда могут выполнять свою функцию, не утрачивая способности к пролиферации. Такие, стабильные ткани (соединительная, некоторые железистые ткани) не имеют особого камбия, так как все или почти все дифференцированные клетки время от времени прекращают свою функцию и делятся.

К середине 20-го века были открыты многие виды регенерационных процессов. Стало очевидно, что понятие «регенерация» объединяет множество разнородных явлений.

Репаративная регенерация – образование новых структур вместо поврежденных и на месте поврежденных. Мы охарактеризуем основные типы репаративной регенерации у животных, которые различаются источником клеточного материала, идущего на восстановление утраченных частей.

1) Морфаллаксис. Восстановление утраченной формы происходит путем перестройки оставшейся части (без образования бластемы и пролиферации клеток). (Пример – у стрекающих (гидра)). В этом случае регенерация идет за счет непосредственного использования источников, которые обеспечивают тканевой гомеостаз у нормальных, неповрежденных животных.

2) Эпиморфоз. Этот тип регенерации характеризуется участием в восстановительных процессах стволовых резервных клеток, которые образуют регенерационную бластему – систему недифференцированных клеток, способную при некоторых условиях воссоздать утраченный орган. В других случаях регенерационная бластема может возникать в результате дедифференцировки специализированных тканей. Естественно, возможны и комбинации разных способов формирования бластемы.

Регенерация конечности позвоночных

Классической моделью эпиморфной регенерации может служить регенерация конечности тритона. В этом процессе различают короткую деструктивную и длящуюся три недели конструктивную фазы. В течение первой фазы происходит распад поврежденных тканей, который сопровождается воспалительными процессами. Вторая фаза связана с эпителизацией раны, образованием и дифференцировкой регенерационной бластемы.

Первым этапом регенерации конечности является заживление раны. В это время происходит сокращение мышечной ткани остатка органа и остановка кровотечения. Вслед за этим начинается эпителизация раны, которая осуществляется в результате миграции резервных стволовых клеток базальных слоев эпидермиса из неповрежденной области к центру раны. Практически одновременно развивается воспалительный процесс: наблюдается отек, выселение макрофагов и фагоцитоз некротических масс.

Следующий этап можно назвать этапом дедифференцировки. К этому времени регенерирующие нервные волокна подрастают под эпидермис, закрывающий поверхность раны. Эпидермис активируется, становится столбчатым и образует апикальную эктодермальную шапочку (АЭШ), наличие которой чрезвычайно важно для успешной регенерации конечности. У аксолотля АЭШ служит местом синтеза фибробластических факторов роста FGF1, 2, которые поддерживают пролиферативную активность в формирующейся регенерационной бластеме. Стволовые клетки мезодермальных производных образуются в результате дедифференцировки хряща, мышц и соединительной ткани. При этом образуются мезенхимоподобные элементы, лишенные каких бы то ни было черт специализации. Эти клетки пролиферируют и сравнительно быстро образуют в дистальной области ампутированной конечности регенерационную бластему. На завершающем этапе регенерации происходит дифференцировка бластемы, которая образует хрящевой скелет, мышечные элементы и соединительную ткань регенерата. Одновременно с морфогенезом происходит и рост конечности, благодаря которому у многих видов регенерат достигает размеров нормальной конечности.

Регенерационная бластема. Образование регенерационной бластемы является ключевым этапом эпиморфоза. От того, образуется она или нет, напрямую зависит регенерационная способность органа. Известны два источника формирования бластемы. Один из них связан с потерей черт специализации дифференцированных тканей и с восстановлением пролиферативной активности их клеток. Другой – представлен резервными клетками, а именно мышечными одноядерными саттелитами.

Было бы ошибкой рассматривать формирование бластемы просто как накопление массы недифференцированных клеток. В ходе своего образования бластема приобретает свойства целостной системы, в которой имеется информация об общем плане и полярности восстанавливаемой структуры. Бластема представляет собой самоорганизующуюся систему, в которой есть все необходимое для восстановления утраченных структур. Было показано, что развитие этой системы всегда происходит в соответствии с ее происхождением (бластема задней конечности всегда образует структуры типичные для задней конечности и т.д.) Кроме того, оказалось, что клетки бластемы хранят «память» об уровне плоскости ампутации. Эти представления легли в основу концепции позиционной памяти (Carlson, 1983). Носителями позиционной памяти служат фибробласты дермы. Эпидермис, костная или хрящевая ткани такими свойствами не обладают. Например, если перевернуть кость в остатке органа на 180⁰, то полярность регенерата не изменится. Однако аналогичная пересадка дермы видоизменит процесс. Кроме того, для инициации регенерации важно наличие фибробластов из разных участков кожи, расположенных в разных местах относительно проксимальной оси конечности. Таким образом, фибробласты из разных участков конечности имеют какие-то функциональные различия, которые называют позиционными значениями клеток. При взаимодействии клеток, имеющих разное позиционное значение, возникает своего рода конфронтация клеток, ведущая к возобновлению пролиферативной активности и восстановления всего ряда позиционных значений, характерных для неповрежденных тканей органов. Появление разрыва в последовательном ряду позиционных значений служит предпосылкой регенерации. В нормальном органе устанавливается состояние гомеостаза, которое обеспечивается системой позиционных значений взаимодействующих клеток. При травме появляется тенденция к восстановлению паттерна.

Молекулярная природа факторов, создающих позиционные значения, не раскрыта, хотя есть веские основания считать, что позиционные значения клеток могут быть связаны с молекулами клеточной адгезии. Носителями позиционной информации могут быть морфогены.

Поиск по сайту: