Bilim

Bazı Semenderler Kayıp Vücut Parçalarını Yeniden Büyütebilir. İnsanlar Bir Gün Aynısını Yapabilir mi? | yenilik

Amfibiler giderken, aksolotlar oldukça sevimlidir. Bu semenderler, bir parti için giyinmiş görünmelerini sağlayan yarım bir Mona Lisa gülümsemesine ve kırmızı, fırfırlı solungaçlara sahiptir. Yine de onları partide istemeyebilirsin: Onlar da yamyam. Artık vahşi doğada nadir olmakla birlikte, aksolotllar toplu halde yumurtadan çıkıyordu ve bu bir semender-ye-semender dünyasıydı. Böylesine sert bir kreşte evrim geçirdiler - ya da belki tutuldular - kopan uzuvları yeniden büyütme yeteneği .

Toronto'daki Lunenfeld-Tanenbaum Araştırma Enstitüsü'nde 2011'den beri semender rejenerasyonu üzerine çalışan biyolog Joshua Currie, onların rejeneratif güçlerinin inanılmaz olduğunu söylüyor. . Haftalar içinde eski ve yeni arasındaki bağlantı tamamen kaybolur.

Ve sadece bacaklar değil: Aksolotllar, yumurtalık ve akciğer dokusunu, hatta beynin ve omuriliğin kısımlarını bile yenileyebilir.





Semenderin yaralanmadan istisnai dönüşü bir asırdan fazla bir süredir biliniyor ve bilim adamları bazı sırlarını çözdüler. Ampütasyon bölgesini yara epiteli adı verilen özel bir deri türüyle kapatır ve ardından yeni vücut bölümünün filizlendiği blastema adı verilen bir miktar doku oluşturur. Ancak yakın zamana kadar, sıfırdan bir bacak oluşturmak için gerekli olan hücre ve moleküllerin ince detayları, anlaşılması zordu.

Son zamanlarda sıralama ve montaj aksolotl'un dev genomunun laboratuarda yaratığın genlerini değiştirmek için tekniklerin geliştirilmesi, rejenerasyon araştırmacıları şimdi bu detayları keşfetmeye hazır. Bunu yaparken, muhtemelen insan tıbbında faydalı olabilecek semender numaralarını tespit edecekler.



Halihazırda, çalışmalar ilgili hücreleri aydınlatıyor ve gerekli kimyasal bileşenleri tanımlıyor. Belki bundan birkaç on yıl sonra insanlar da organları veya uzuvları yeniden büyüyebilir. Yakın gelecekte, bulgular, yara iyileşmesini teşvik etmenin ve körlüğü tedavi etmenin yolları için olası tedaviler önermektedir.

Irvine'deki California Üniversitesi'nde gelişim biyoloğu olan David Gardiner, insanın yenilenmesi fikrinin son yıllarda bir zamandan bir zamana evrimleştiğini söylüyor. Şimdi herkes bunun sadece bir zaman meselesi olduğunu varsayıyor, diyor. Ama tabii ki daha yapılacak çok şey var.

Gökkuşağı rejenerasyonu

Çalışan bir uzuvda hücreler ve dokular bir orkestradaki enstrümanlar gibidir: Her biri bir senfoni yaratmak için müzik notaları gibi eylemlere katkıda bulunur. Amputasyon kakofoni ile sonuçlanır, ancak semenderler şefin copunu çalabilir ve kalan dokuyu tekrar düzene sokabilir - ve senfoninin ilk hareketine, embriyoda ilk kez bir uzuv büyüttüklerine kadar.



Temel adımlar bilinmektedir: Bir uzuv çıkarıldığında, aç kardeş veya meraklı deneyci tarafından, dakikalar içinde aksolotlin kanı pıhtılaşacaktır. Saatler içinde cilt hücreleri bölünür ve yarayı bir yara epidermisi ile örtmek için sürünür.

Ardından, yakındaki dokulardan gelen hücreler, amputasyon bölgesine göç ederek bir canlı madde bloğu oluşturur. Harvard Üniversitesi'nde rejeneratif bir biyolog olan Jessica Whited, geçen yıl Kaliforniya'da yaptığı bir sunumda, bu blob, blastema, tüm sihrin gerçekleştiği yerdir, dedi. Gelişmekte olan embriyonun uzuv tomurcuğunu andıran, uzuvların büyüdüğü bir yapı oluşturur.

Bu film, yenilenen bir aksolotl parmak ucu içinde hareket eden, yeşil renkte parlayan bağışıklık hücrelerini gösterir. Bilim adamları, makrofajlar gibi bağışıklık hücrelerinin yenilenme için gerekli olduğunu biliyorlar: Çıkarıldıklarında süreç bloke oluyor. (Kredi: Josh Currie)

Son olarak, blastemadaki hücreler, yeni uzuv için gereken tüm dokulara dönüşür ve doğru düzende yerleşerek küçük ama mükemmel bir uzuv oluşturur. Bu uzuv daha sonra tam boyuta büyür. Whited, her şey bittiğinde, ilk etapta amputasyonun nerede meydana geldiğini bile söyleyemezsiniz, diyor Whited. Bilinebilir Dergi .

Bilim adamları, bu rejenerasyon senfonisinde yer alan birçok moleküler enstrümanı ve bazı notaları biliyorlar. Ama çok emek harcanmış.

kehribar odası bulundu mu

Currie, Viyana'daki Moleküler Patoloji Araştırma Enstitüsü'nde gelişim biyoloğu olan Elly Tanaka ile yeni bir doktora sonrası olarak başladığında, merak ettiğini hatırlıyor: Yenilenme için hücreler nereden geliyor? Kıkırdak düşünün. Kondrosit adı verilen ve uzuv kütüğünde kalan gelişmekte olan embriyoda olduğu gibi aynı hücrelerden mi ortaya çıkıyor? Yoksa başka bir kaynaktan mı geliyor?

Daha fazla bilgi edinmek için Currie, rejenerasyon gerçekleşirken tek tek hücreleri mikroskop altında izlemenin bir yolunu buldu. İlk olarak, bir semenderde çalıştığı hücreleri bir gökkuşağı rengiyle rastgele etiketlemek için genetik bir numara kullandı. Ardından, işleri basitleştirmek için deneklerinden sadece bir parmak ucunu kesti. Ardından, yeşil, sarı vb. renkli diğer hücrelerden oluşan bir denizle çevrelenen turuncu bir hücre gibi, dışarı çıkmış hücreleri aradı. Bu göze çarpan hücreleri, renk uyumlu torunlarıyla birlikte uzuv yenilenmesi haftaları boyunca izledi. Gözlemleri, dergide yayınlandı Gelişim Hücresi 2016 yılında rejenerasyon sürecinin birkaç sırrını aydınlattı .

aksolotl hücreleri.jpg

Rejeneratif biyolog Joshua Currie, semenderlerin parmak uçlarını kestikten sonra göçlerini takip edebilmesi için aksolotllardaki hücreleri gökkuşağı renkleriyle etiketledi. Bu görüntüde, amputasyondan üç gün sonra cilt (renksiz) yarayı çoktan kaplamıştır.(Josh Currie)

Birincisi, hücre yolculuğu anahtardır. Currie, hücrelerin kendilerini oldukları yerden gerçekten kurtardıklarını ve bu blastemayı oluşturmak için amputasyon düzlemine süründüklerini söylüyor. Hücrelerin seyahat edeceği mesafe, yaralanmanın boyutuna bağlıdır. Yeni bir parmak ucu yapmak için semenderler, yaralanmanın yaklaşık 0,2 milimetresi içindeki hücrelere çizdi. Ancak semenderlerin bir bilek ve eli değiştirmek zorunda kaldığı diğer deneylerde, hücreler yarım milimetre kadar uzaktan geldi.

Daha çarpıcı bir şekilde Currie, blastemaya katkıların başlangıçta beklediği gibi olmadığını ve dokudan dokuya değiştiğini keşfetti. Pek çok sürpriz oldu, diyor.

Embriyolarda kıkırdak yapmak için çok önemli olan kondrositler, blastemaya göç etmediler (2016'nın başlarında, Gardiner ve meslektaşları benzer bulgular bildirdi ). Ve blastemaya giren belirli hücreler - perisitler, kan damarlarını çevreleyen hücreler - kendilerinden daha fazlasını yapabildiler, başka hiçbir şey yapmadılar.

Rejenerasyondaki gerçek virtüözler, normalde kemiği çevreleyen fibroblastlar ve periiskeletal hücreler olarak adlandırılan derideki hücrelerdi. Yeni parmak ucunda her türlü dokuyu oluşturabilmeleri, yeni kondrositlere ve diğer hücre tiplerine dönüşebilmeleri için gelişimlerini geri sarıyor gibiydiler.

Currie'yi şaşırtacak şekilde, bu kaynak hücreler bir anda ulaşmadı. Olay yerine ilk ulaşanlar kondrositlere dönüştü. Geç kalanlar, iskeleti çevreleyen yumuşak bağ dokularına dönüştü.

Hücreler bunu nasıl yapıyor? Currie, Tanaka ve işbirlikçileri, yenilenen bir uzuvdaki tek tek hücreler tarafından açılıp kapatılan genleri inceleyerek bağ dokularına daha fazla baktılar. 2018 yılında Bilim kağıt, ekip bildirdi hücreler gen aktivasyon profillerini yeniden düzenledi Tanaka, gelişmekte olan bir embriyonun uzuv tomurcuğundakilerle neredeyse aynı olduğunu söylüyor.

Bu arada kas, yenilenme temasında kendi varyasyonuna sahiptir. Hem semenderlerde hem de insanlarda olgun kas, uydu hücreleri adı verilen kök hücreleri içerir. Bunlar, kaslar büyüdükçe veya onarım gerektirdikçe yeni hücreler oluşturur. 2017 yılında yapılan bir çalışmada PNAS Tanaka ve meslektaşları (kırmızı parlayan uydu hücrelerini izleyerek) hepsinin olmasa da çoğunun yeni uzuvlardaki kas uydu hücrelerden gelir.

Rejenerasyon tarifi

Currie ve Tanaka rejenerasyon senfonisinin enstrümanlarını araştırıyorsa, Catherine McCusker çaldıkları melodiyi süreci ilerleten kimyasallar biçiminde deşifre ediyor. Massachusetts Boston Üniversitesi'nde rejeneratif bir biyolog olarak yakın zamanda bir makale yayınladı. bir yara bölgesinden bir aksolotl uzvu oluşturmak için bir çeşit tarif . McCusker ve meslektaşları, üç temel gereksinimden ikisini kimyasal bir kokteylle değiştirerek, semenderleri bir uzvun yan tarafındaki küçük bir yaradan yeni bir kol geliştirmeye zorlayabilir ve onlara fazladan bir kol verebilir.

ekstra kol.jpg

Massachusetts Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, rejenerasyon hakkında bildiklerini kullanarak, üst kol dokusunu, doğal olanın (kırmızı) üzerine fazladan bir kol (yeşil) büyütmek için kandırdılar.(Kaylee Wells/McCusker Laboratuvarı)

Uzuv rejenerasyonu için ilk gereklilik, bir yaranın varlığı ve yara epitelinin oluşmasıdır. Ancak bilim adamlarının bildiği bir saniye, yaralı bölgeye büyüyebilen bir sinirdi. Ya sinirin kendisi ya da konuştuğu hücreler, bağ dokusunun tekrar olgunlaşmaması ve bir blastema oluşturması için gereken kimyasalları üretir. 2019 yılında yaptıkları çalışmada Gelişimsel Biyoloji , McCusker ve meslektaşları - rehberliğinde bir Japon ekibi tarafından önceki çalışma - doğru yerde bir siniri olmayan semenderlerde bu adımı gerçekleştirmek için BMP ve FGF adı verilen iki büyüme faktörü kullandı.

Üçüncü gereklilik, yaranın karşıt taraflarındaki fibroblastların birbirini bulması ve birbirine dokunmasıydı. Örneğin bir el amputasyonunda, bileğin sol ve sağ tarafındaki hücreler yeni eli doğru şekilde şekillendirmek ve yönlendirmek için bir araya gelebilir. McCuscker'ın bu gereksinim için kimyasal ikamesi, vücudun A vitamininden yaptığı retinoik asitti. Kimyasal, embriyolarda model oluşturmada rol oynar ve rejenerasyon sırasında dokuları modellediği uzun zamandır bilinmektedir.

Deneylerinde, McCusker'in ekibi 38 semenderin üst kolundan küçük bir kare deri çıkardı. İki gün sonra, cilt iyileştiğinde, araştırmacılar ciltte küçük bir yarık açtılar ve FGF ve BMP'ye batırılmış bir jelatin boncuk içine kaydırdılar. Bu kokteyl sayesinde 25 hayvanda doku bir blastema oluşturdu - sinire gerek yok.

Yaklaşık bir hafta sonra grup hayvanlara retinoik asit enjekte etti. Çevreleyen dokudan gelen diğer sinyallerle uyum içinde, bir model oluşturucu görevi gördü ve yedi aksolotl yara bölgesinden yeni kollar çıkardı.

Tarif mükemmel olmaktan çok uzak: Bazı semenderler aynı yara noktasından bir yeni kol, bazıları iki, bazıları üç yeni kol çıkardı. McCusker, jelatin boncuğun uzuv modelini kontrol eden hücrelerin önüne geçtiğinden şüpheleniyor. İlk yaralanma ve yara epitelinin ürettiği anahtar eylemler de gizemli kalıyor.

Lexington'daki Kentucky Üniversitesi'nde biyolog olan Randal Voss, görece daha az büyüme faktörü ile bu bloklardan bazılarının üstesinden gelebilmeniz ilginç, diyor. İlk anlarda ne olduğunu hala tam olarak bilmiyoruz.

Bir Zamanlar

Bu ilk adımları bilseydik, insanlar yenilenme senfonisini yaratabilirdi. İnsanlar zaten notaları çalabilen birçok hücresel enstrümana sahipler. Durham'daki Duke Üniversitesi Tıp Merkezi'nde rejenerasyon biyoloğu olan Ken Poss, temelde aynı genleri farklı şekillerde kullandığımızı söylüyor. 2017'de genetik araçlar sayesinde rejenerasyonda yeni gelişmeler Genetiğin Yıllık İncelemesi .

Yenilenme, semenderlerin kazandığı bir şey değil, bizim kaybettiğimiz bir yetenek olabilir. Evrimsel geçmişimizde, günümüz semenderlerinin en az bir uzak akrabası bunu yapabildiğinden, insanların ve semenderlerin ortak ataları rejeneratör olabilirdi. Paleontologlar fosiller keşfettiler. Tipik olarak kusurlu rejenerasyon tarafından yaratılan uzuv deformiteleri olan 300 milyon yıllık amfibiler. Whited, belirli solucanlar, balıklar ve denizyıldızı gibi hayvanlar aleminin diğer üyeleri de yenilenebilir - ancak aynı senfoni puanını kullanıp kullanmadıkları net değil, diyor Whited.

amfibi fosilleri.png

Bu fosiller, Micromelerpeton adı verilen amfibilerin 300 milyon yıl önce uzuvları yenilediğini gösteriyor. Bunun nedeni, fosillerin, genellikle yeniden büyüme tam olarak çalışmadığında ortaya çıkan kaynaşmış kemikler gibi deformasyonlar göstermesidir.(Nadia B. Fröbisch ve diğerleri / Kraliyet Topluluğu B 2014 Bildirileri)

Boston'daki Northeastern Üniversitesi'nde rejenerasyon biyoloğu olan James Monaghan, genomlarının bir yerinde tüm hayvanların bu yeteneğe sahip olduğunu söylüyor. Sonuçta, tüm hayvanların vücut parçalarını embriyo olarak büyüttüğüne dikkat çekiyor. Ve aslında, insanlar yenilenme konusunda tamamen beceriksiz değiller. Parmak uçlarını, kasları, karaciğer dokusunu ve bir dereceye kadar cildi yeniden büyütebiliriz.

Ancak uzuvlar gibi daha büyük yapılar için rejenerasyon müziğimiz parçalanıyor. İnsan vücudunun bir yaralanma üzerinde deri oluşturması günler alır ve çok önemli yara epiteli olmadan yenilenme umutlarımız daha başlamadan suya düşer. Bunun yerine, yara ve yara izleriz.

McCusker, gelecekte bütün bir uzvumuzu büyütebilmemizin oldukça uzak olduğunu söylüyor. Umarım yanılırım, ama bu benim hissim.

Yine de diğer tıbbi uygulamaların çok daha erken gelebileceğini düşünüyor - örneğin yanık kurbanlarına yardım etme yolları. Cerrahlar deri greftleri yaptıklarında, sıklıkla derinin üst katmanlarını transfer ederler veya laboratuarda yetiştirilen deri dokusunu kullanırlar. Ancak çoğu zaman kaybedilen şeyin kusurlu bir ikamesidir.

Bunun nedeni, cildin vücutta değişiklik göstermesidir; sadece avucunuzdaki cildi baldırınız veya koltuk altınızla karşılaştırın. Cildin vücut pozisyonuna uyum sağlamasına yardımcı olan, ter bezleri ve uygun şekilde saç gibi özellikler kazandıran dokular, birçok greftten daha derinde bulunur. O halde değiştirilen cilt, eski cilt gibi olmayabilir. Ancak bilim adamları, daha iyi konumsal bilgilerle cilt oluşturabilirlerse, aktarılan cildi yeni konumuna daha uygun hale getirebilirler.

Monaghan, makula dejenerasyonu veya göz travması olan insanlar için retinaları yenilemeyi düşünüyor. Aksolotllar retinalarını yeniden büyütebilir (ancak, şaşırtıcı bir şekilde, lensi yenileme yetenekleri yavrularla sınırlıdır). Transplantasyonlarda kullanılmak üzere materyaller geliştiren Northeastern Üniversitesi kimya mühendisi Rebecca Carrier ile birlikte çalışıyor. İşbirlikçileri, domuzlarda ve insanlarda nakilleri test ediyor, ancak nakledilen hücrelerin çoğunun ölmekte olduğunu tespit ediyor. Belki bazı ek materyaller yenilenme yanlısı bir ortam yaratabilir ve belki de aksolotllar bazı bileşenler önerebilir.

Carrier ve Monaghan, nakledilen domuz hücreleriyle laboratuar kaplarında deneyler yaptılar ve aksolotl retinaları ile birlikte büyütüldüklerinde hayatta kalma ve retina hücrelerine dönüşme olasılıklarının daha yüksek olduğunu buldular. özel bileşen Aksolotl'de bulunan, ancak domuz retinalarında olmayan farklı bir kimyasallar dizisi gibi görünüyor. Carrier, bu bilgiyi nakillerin başarılı olmasına yardımcı olacak bir kimyasal kokteyl oluşturmak için kullanmayı umuyor. Monaghan, vizyonu kısmen restore etmenin bile faydalı olacağını belirtiyor.

Genetik dizileme ve modern moleküler biyoloji sayesinde, araştırmacılar rejenerasyonun kalan birçok gizemini çözmeye devam edebilirler: Yara epiteli yenilenmeyi destekleyen bir ortam nasıl yaratır? Hangi hücrelerin bir blastemaya göç ettiğini ve hangilerinin yerinde kaldığını ne belirler? Semender, ne daha büyük, ne daha küçük, tam olarak doğru boyutta yeni bir uzuv büyütmeyi nasıl başarır? Bu sırlar ve daha fazlası, Mona Lisa gülümsemesinin ardında gizli kalıyor - en azından şimdilik.

bilinebilirBu makale ilk olarak Bilinebilir Dergi , kar amacı gütmeyen yayıncı Yıllık İncelemeler'den bağımsız bir gazetecilik çalışması.




^