Celulele broaștelor adulte par să-și amintească cum să recrească picioarele pierdute, iar un nou dispozitiv chimic de pornire le ajută să sară la el.
Oamenii de știință au căutat modalități de a stimula corpul să recrească membrele pentru a ajuta persoanele care au suferit o amputație (SN: 6/12/13). La fel ca oamenii adulți, broaștele mature au o capacitate limitată de a înlocui părțile pierdute ale corpului. Dar un nou tratament – un dispozitiv care oferă un cocktail de droguri – pornește și îmbunătățește regenerarea membrelor după amputarea la broaște, raportează cercetătorii în 26 ianuarie. Progresele științei.
„Celulele broaștei știu deja cum să facă picioare de broaște”, după ce au făcut acest lucru atunci când animalul era un embrion în curs de dezvoltare, spune Michael Levin, biolog de dezvoltare la Universitatea Tufts din Medford, Massachusetts. „Scopul nostru este să ne dăm seama cum să convinge-i să o facă din nou.”
Echipa lui Levin a amputat picioarele drepte din spate a 115 broaște africane adulte cu gheare (Xenopus laevis) la genunchi. Aproximativ o treime dintre aceste broaște au primit „BioDomes”, mâneci din silicon care acoperă rana. La o altă treime dintre broaște, cercetătorii au atașat BioDomes ținând un gel pe bază de mătase care conținea cinci substanțe chimice, inclusiv un hormon de creștere, un promotor de creștere a nervilor și o substanță antiinflamatoare. BioDomes-urile au rămas aprinse timp de 24 de ore și apoi au fost îndepărtate din picioarele broaștelor. Treimea rămasă nu a primit niciun tratament înainte de a fi pusă înapoi în rezervoarele lor.
La animalele care au primit cocktailul de droguri, „în jurul valorii de patru luni, am început să vedem o ușoară diferență în forma piciorului”, spune Nirosha Murugan, biolog în cancer, acum la Universitatea Algoma din Sault Ste. Marie, Canada. „Cu timpul, acel mugur… a început să prindă formă într-un picior întreg.”
După 18 luni, broaștele care au primit substanțele chimice au recrescut membrele și aveau protuberanțe unde degetele de la picioare creșteau de obicei. Cei amputați au dat cu piciorul, au stat și au împins de pe pereții tancurilor folosind picioarele recrește, spune Levin.
BioDome în sine a promovat o anumită regenerare: rigiditatea și presiunea pe care le creează la nivelul rănii par să conducă la condiții care stimulează creșterea, spune Murugan. Dar broaștelor care au primit BioDome cu medicamente au crescut picioare mai lungi cu oase mai groase. Aveau, de asemenea, mai multe vase de sânge și nervi. Și, în comparație cu grupul BioDome, broaștele care au primit amestecul de medicamente au arătat o sensibilitate mai mare la atingere atunci când membrele lor au fost ușor împins. Broaștelor din grupul de control au crescut lambouri înțepătoare – practic cioturi fără funcție – la locul rănii.
„Este de fapt remarcabil că doar un singur tratament într-o singură zi poate provoca toată această schimbare”, spune Murugan.
Picioare pierdute
Peste 18 luni, broaștele au crescut membre noi după o amputație (locul amputației marcat cu linii întrerupte, coloana din stânga). O treime dintre broaște nu au primit niciun tratament și i-a crescut un ciot înțepător (unul afișat în rândul de sus). O altă treime a primit dispozitive BioDome care au acoperit leziunea timp de 24 de ore (rândul din mijloc). Broaștele rămase au primit BioDome și un cocktail de droguri (rândul de jos). Acest grup a crescut membrele cele mai lungi cu cea mai mare densitate osoasă și mai multe vase de sânge și nervi. Ei au dezvoltat, de asemenea, picioare cu o formă de vâsle (săgeată galbenă) cu muguri asemănători degetelor (săgeata albastră), spre deosebire de celelalte grupuri care au crescut doar lambouri înțepătoare (săgeți roz).
Această primă încercare de a folosi un cocktail chimic pentru a stimula creșterea membrelor este „un început excelent”, spune John Barker, un cercetător în ortopedie care s-a pensionat recent de la Universitatea Goethe din Frankfurt și nu a făcut parte din lucrare. Cu această abordare, spune el, „nu există sfârșit la ceea ce ai putea încerca”.
Echipa a trecut la lucrări similare la șoareci, folosind același cocktail și altele noi. Cercetările lui Levin indică, de asemenea, rolul electricității în modelarea creșterii părților corpului, astfel încât cercetătorii adaugă compuși la cocktail care modifică starea electrică a celulelor (SN: 8/12/11).
Într-o zi, oamenii de știință vor să poată reface membrele și organele umane. Ca și în cazul picioarelor broaștelor, corpurile umane știu să facă mâini, de exemplu, spune Barker. Copiii cu vârsta sub 10 ani sau cam asa ceva pot chiar să regenereze vârfurile degetelor pierdute. În domeniul sănătății, „întreaga poveste a regenerării schimbă totul”, spune Barker. „În loc să tratezi simptomele, ai putea vindeca literalmente o boală.” De exemplu, țesutul cardiac regenerat ar putea înlocui țesutul deteriorat pentru a îmbunătăți funcția inimii.
Membrele, însă, sunt mai complicate, deoarece mai multe tipuri de țesut trebuie să se coordoneze. Iar cercetătorilor le lipsesc informațiile fundamentale despre modul în care corpurile își formează părțile.
„Nu înțelegem cum colecțiile de celule rezolvă problemele” pentru a decide ce să construim și când să se oprească, spune Levin. „Crăparea medicinei regenerative ne va cere să facem mult mai bine să înțelegem asta.”