Lemmer-regenererende ildgudssalamander central til sårreparationsmission

Regenerering af tabte kropsdele er umuligt for mennesker, men at knække salamandernes cellulære kode kan hjælpe med at behandle alvorlige sår.

Salamandere er bemærkelsesværdige skabninger. Hvis en af ​​disse padder mister en finger, vokser den ud igen. Desuden, hvis du hugger et stykke hjerte eller rygmarv væk, vil det regenerere. Måske mest imponerende kan de endda vokse et ben, der er bidt af et sultent rovdyr.

En af de mest berømte salamanderarter er axolotlen (Ambystoma mexicanum), som findes i søer nær Mexico City.

Axolotlen er en sand Peter Pan af salamandere. Selv den 30 centimeter lange reproduktive voksne bevarer træk fra sin ungdommelige fase gennem hele sin livscyklus.

De fremtrædende gæller, der stikker ud fra baghovedet, tilbageholdes fra axolotlens larvefase. Det faktum, at den aldrig forlader vandet gennem hele sit liv, er usædvanligt for en padde.

Ildgud

Axolotler blev opkaldt efter den aztekiske ildgud Xolotl, som, legenden siger, forklædte sig som en salamander for at undgå at blive ofret. I dag studerer videnskabsmænd axolotler i deres laboratorier på grund af deres fantastiske evne til at vokse en eller endda to lemmer igen.

"Jeg er stadig fascineret af, hvordan lemmerne regenererer," sagde professor Elly Tanaka ved Research Institute of Molecular Pathology i Wien, Østrig, som har studeret salamandere i næsten to årtier.

Hendes laboratorium fokuserer på den karakteristiske axolotl-art, men "Alle salamandere, folk har studeret, ser ud til at regenerere lemmer," siger hun.

Som en del af RegGeneMems-projektet forsøger Prof Tanaka at opklare mysteriet bag, hvordan molekyler beordrer celler inde i den skadede axolotl til at udvikle sig og bevæge sig, og derved genoprette et helt lem i den rigtige proportion og størrelse.

Denne regenerering er mulig så langt som til skulderen, og det sker, som om dyret først voksede et lem.

Selvom det forbliver inden for science-fiction-området for en person nogensinde at få en arm eller et ben igen, mener forskere, at salamanderne kan give indsigt i, hvordan patientskader kan behandles bedre.

"Når de mister et lem, eller endda to lemmer, er de stadig ret mobile, fordi de kan svømme rundt ved hjælp af deres hale," sagde prof Tanaka.

Mobilsæt

"Lektionen fra salamanderne er, at du i høj grad bruger det samme molekylære maskineri, som du gør under udviklingen af ​​lemmen," sagde prof Tanaka. Med lektioner fra axolotlen kunne vi derfor booste vores eget skadesreparationssæt.

Når en axolotl-lem er tabt, dannes en blodprop på sårstedet. Hudceller bevæger sig for at dække såret inden for en dag. Så begynder vævene nedenunder at omarrangere, først danner de en rodet masse af celler - et blastema - der ser ud til at mangle nogen organisation.

Et blastema er en masse af udifferentierede celler, der har kapacitet til at blive til et organ eller vedhæng. Det er særligt vigtigt ved regenerering af afskårne lemmer.

I menneskelige sår dannes arvæv af limlignende celler kaldet fibroblaster. I salamandere sker der noget fantastisk, da disse celler inden for få uger tager et skridt tilbage i tiden for at blive mindre specialiserede.

De genvinder nok fleksibilitet til at blive til knogler, ledbånd, sener eller brusk. Derefter skyder de hinandens signaler, der dirigerer rekonstruktionen af ​​den manglende kropsdel ​​fra stubben og vokser til en nøjagtig kopi.

Prof Tanaka opdagede for nylig, hvordan nogle afgørende signaler hjælper med at arrangere celler og væv fra noget, der ligner et forvirret virvar.

Hun opdagede, at celler i det regenererende væv, der kommer fra tommelfingersiden af ​​lemmen, begynder at producere andre signaler end celler fra pinky-finger-siden.

Sonic Hedgehog

"Tommelfingersiden producerer FGF-8 (fibroblast-vækstfaktor), og dette fortæller de pinky-side celler, at de har brug for at producere Sonic Hedgehog," sagde Prof Tanaka.

Sonic Hedgehog-signalmolekylet (SHH) er opkaldt til ære for den berømte Sonic the Hedgehog-videospilkarakter og er afgørende for embryonal udvikling hos dyr og mennesker.

Et andet signalmolekyle, der også findes i mennesker, er FGF-8, som også har en rolle i vævsreparation og udvikling.

Sammen fremmer FGF-8 og SHH vækstbetingelser inde i det beskadigede lem og hjælper med at dirigere virvar af celler i blastemet.

"Du har brug for celler fra pinky- og tommelfingersiden af ​​lemmen for at komme ind i dette blastema, og så har du alle de celletyper, som du har brug for at genopbygge," sagde prof Tanaka.

En anden videnskabsmand, der er fascineret af axolotler, er cellebiolog Dr. Sandra Edwards ved TU Dresden. Hun blev interesseret i salamandere efter at have deltaget i et forskerkursus i USA under sin ph.d. i Chile og omdirigerer hendes karriere.

Hun ansøgte om at blive medlem af laboratoriet hos Tatiana Sandoval-Guzmán, en fremtrædende forsker i reparation af axolotl lemmer ved Center for Regenerative Therapies Dresden (CRTD).

"Jo mere jeg hørte om salamandere, jo mere blev jeg fascineret," huskede Dr. Edwards, som håber, at hendes forskning en dag kan gå til at hjælpe patienter.

Vævsspænding

I ProDistReg-projektet studerer Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA)-stipendiat Dr. Edwards, hvordan forskelle i spændinger i væv kan påvirke reparationen og hjælpe dyret med at omdanne, hvad der ligner cellulært kaos, til et perfekt fungerende lem.

Hun blev fascineret af det faktum, at genvækst af lemmer tager en tilsvarende tid, uanset mængden af ​​væv, der udskiftes. Det betyder, at lemmer skal vokse hurtigere, når mere væv fjernes.

"Min hypotese er, at spænding eller stivhed er højere i væv, der vokser langsommere," sagde hun.

Det kan virke overraskende, men mekanikken og stivheden af ​​væv kan påvirke deres udvikling og regenerering såvel som patologier som kræft.

Der er et net-lignende netværk kaldet cytoskelettet inde i celler. Dette kan mærke ydre tryk, når det er komprimeret, hvilket åbner indgangspunkter (beslægtet med postkasser) til kernen af ​​en celle, hvilket tillader molekylære beskeder at strømme ind og tænde og slukke gener.

"I vores system har vi observeret, at under generering af lemmer i axolotlen, er væv, der er tættere på kroppen, blødere og vokser hurtigere end væv, der er længere væk fra kroppen på enden af ​​et lem, for eksempel, som er stivere ."

Cellematrix

Viden om vævsstivhed kan hjælpe tilskadekomne patienter. Selvom det kan tænkes, at sådanne patienter kan behandles med stamceller leveret i en matrix, kan trykket i patientens væv vise sig at være vigtigt.

"Det kan være, at vævene og deres celler på forskellige dele af kroppen opfører sig forskelligt, selv inden for den samme struktur, såsom armen, såsom over- og underarm," sagde Dr. Edwards. Derfor, i regenerativ medicin, hvor celle- indeholdende matrixer transplanteres ind i store sår, sådanne stilladser skal muligvis være forskellige, afhængigt af hvor i kroppen de skal placeres.

Selvom prof Tanaka bruger de fleste dage på at studere den molekylære mekanik af axolotl reparation, forudser hun også fremtidige fordele for sårede patienter. Men salamandere og pattedyr udvikler sig forskelligt.

Hos pattedyr, som os selv, når vi først udvikler en arm, sker dette i en lille skala i et embryo. Salamanderen er anderledes. Det ser ud til at indeholde en knop, der er i stand til at udvikle sig til en stor voksen arm.

Stamceller

"Vi vil ikke være i stand til at bede en menneskelig celle om at gøre dette, fordi den er kablet til at arbejde i små skalaer," sagde professor Tanaka. "Men vi er måske i stand til at producere en gruppe menneskelige stamceller, der regenererer som en axolotl."

Dette kan for eksempel være yderst gavnligt for personer, der lider af omfattende forbrændingssår. Reparation af denne hud giver i øjeblikket ikke en person svedkirtler, hårsække og andre celletyper, men lektioner fra salamanderen kunne gøre dette muligt.

"Nulstilling af disse fibroblaster - hvilket axolotlen gør - kunne være ret relevant for bedre heling i meget store sår, såsom fra forbrændinger," sagde prof Tanaka. + Udforsk yderligere

Hvorfor frøer ikke kan regenerere tabte lemmer som axolotler