Изучая общий ген у трех совершенно разных видов — аксолотлей, мышей и рыбок данио, — ученые обнаружили потенциал для генной терапии, которая в перспективе сможет восстанавливать конечности у людей. «Это важное исследование объединило лаборатории, работающие с тремя разными организмами, чтобы сравнить процессы регенерации, — говорит доцент кафедры биологии Уэйк-Форестского университета Джош Карри, чья лаборатория изучает аксолотлей. — Оно показало, что существуют универсальные, объединяющие генетические программы, которые запускают регенерацию у самых разных организмов: саламандр, рыбок данио и мышей».
Результаты исследования опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Согласно ежегодной статистике Global Burden of Disease, в мире ежегодно ампутируют более 1 миллиона конечностей из-за сосудистых заболеваний, таких как диабет; травм; рака или инфекций. Ожидается, что с учетом старения населения и роста числа случаев диабета эта цифра будет расти.
Ученые начали искать решение, выходящее за рамки протезирования, — что-то, что могло бы заменить сложные сенсорные и двигательные функции настоящей конечности. Возможно, ключ к решению проблемы кроется в генах SP, которые жизненно важны для регенерации конечностей и присутствуют у мышей, рыбок данио и аксолотлей.
Ученые выбрали этих трех животных по определенным причинам:
- Аксолотль обладает способностью к регенерации: он может отращивать целые конечности, хвосты, включая спинной мозг, а также части сердца, мозга, печени, легких и челюсти.
- Данио-рерио — одна из лучших моделей для изучения регенерации конечностей, поскольку их хвостовые плавники быстро отрастают и обладают неограниченной способностью к регенерации. Данио также могут восстанавливать сердце, спинной мозг, головной мозг, сетчатку глаза, почки и поджелудочную железу.
- Мыши, как и люди, относятся к млекопитающим, и у них есть способность к регенерации кончиков пальцев. У людей тоже могут отрастать кончики пальцев, если при травме сохраняется ногтевое ложе. Это позволяет отрастить плоть, кожу и кости.
После того как ученые установили, что регенерирующий эпидермис, или кожа, всех трех видов экспрессирует гены SP6 и SP8, они решили выяснить, за что отвечают эти гены и как они работают.
У саламандр за регенерацию конечностей отвечает белок SP8. С помощью технологии редактирования генов CRISPR лаборатория Карри удалила белок SP8 из генома аксолотля. Без SP8 аксолотль не мог нормально регенерировать кости конечностей; аналогичный результат наблюдался у мышей, у которых отсутствовали белки SP6 и SP8.
Вооружившись этой информацией, лаборатория Брауна использовала усилитель регенерации тканей, обнаруженный у рыбок данио, для разработки вирусной генной терапии. В ее ходе мышам вводили секретируемую молекулу FGF8 — ген, который обычно активируется белком SP8, — чтобы стимулировать рост костей пальцев и частично восстановить регенеративные функции отсутствующих генов SP.
Человеческие конечности не обладают такой способностью к регенерации, но, возможно, когда-нибудь она появится благодаря терапии, имитирующей возможности генов SP. «Мы можем использовать это как доказательство того, что мы способны разработать методы лечения, которые заменят регенеративный тип эпидермиса при восстановлении тканей у людей», — пояснил Карри.
Хотя для того, чтобы применить результаты, полученные на пальцах мышей, к конечностям человека, потребуются дополнительные исследования, Карри назвал эту работу основополагающей в поиске методов восстановления конечностей после травм или заболеваний.
«Ученые ищут множество способов замены конечностей, в том числе с помощью биоинженерных каркасов и терапии стволовыми клетками, — объясняет Карри. — Подход с использованием генной терапии, описанный в этом исследовании, — это новое направление, которое может дополнить и усовершенствовать то, что станет междисциплинарным решением для регенерации человеческих конечностей».
[Фото: Wake Forest University / Josh Currie]
