У мышэй двухэтапная апрацоўка фактарамі росту адрошчвае страчаныя косці ампутаванага пальца — але недасканала

Пытанне Арыстоцеля, зададзенае пальцу мышы

Чаму саламандра можа адрасціць цэлую ампутаваную канечнасць — косць, мышцы, нервы, скуру, усё разам, — а мыш або чалавек проста загойвае куксу і на гэтым спыняецца? Пытанне старажытнае: у артыкуле адзначана, што яно ўзыходзіць яшчэ да Арыстоцеля, больш як дзве тысячы гадоў таму. Жывёлы, здольныя да такога аднаўлення, адрошчваюць страчаную частку з невялікага скопішча неспецыялізаваных клетак, якое называецца бластэмай: яна фарміруецца ў ране і нанова будуе тое, што было страчана. Млекакормячыя пераважна яе не ўтвараюць. Мы закрываем рану рубцом.

Таму артыкул пад назвай «рэгенерацыя пальца ў мышэй» аказваецца ў цэнтры аднаго з самых старых адкрытых пытанняў біялогіі — а апошнім часам яшчэ і ў цэнтры вялікага шуму. Спытайце інтэрнэт, пра што ён, і вам скажуць, што людзі вось-вось навучацца адрошчваць страчаныя пальцы і канечнасці. Насамрэч ён кажа пра нешта больш вузкае, дзіўнае і цікавае: у мышэй, пасля ампутацыі пальца на ўзроўні, які звычайна загойваецца рубцом, два фактары росту, пададзеныя ў правільнай паслядоўнасці — спачатку FGF2, затым BMP2, — прымусілі куксу нанова пабудаваць страчаную косць. Не цэлую канечнасць. Не ў чалавека. Не ідэальна. Але рану, якую млекакормячае звычайна закрывае фіброзам, удалося перавесці ў рэжым рэгенерацыі — і менавіта гэты вынік варта зразумець.

Што зрабілі аўтары

Палец мышы — адно з нямногіх месцаў, дзе млекакормячае ўвогуле здольнае нешта рэгенераваць. Калі адрэзаць самы кончык пальца, ён адрастае; калі ампутаваць ніжэй — праз другую косць пальца, фалангу P2, — рэгенерацыі не будзе. Кукса рубцуецца і спыняецца. Аўтары наўмысна выкарысталі менавіта такую нерэгенеруючую ампутацыю P2 у нованароджаных мышэй: мадэль раны, у якой млекакормячыя надзейна не здольныя аднавіць страчанае.

На гэтую рану паслядоўна падалі два сігнальныя бялкі. Праз некалькі дзён пасля ампутацыі, калі рана ўжо закрылася, даследчыкі імплантавалі маленькую гранулу, якая вылучала FGF2 — фактар росту фібрабластаў. Праз пяць дзён яны ўсталявалі другую гранулу, якая вылучала BMP2 — касцявы марфагенетычны бялок. Затым на працягу некалькіх тыдняў сачылі за пальцамі з дапамогай мікра-КТ і гісталагічнага афарбоўвання, секвенавалі клеткі раны па адной і выкарыстоўвалі генетычнае мечанне, каб прасачыць лёс асобных клетак.

Што яны выявілі

FGF2 сам па сабе ствараў «сыравіну», але рэдка даваў вынік. Ён прымушаў у ране назапашвацца масу клетак, якія дзяліліся і былі падобныя да бластэмы — клетачнага кластара, што забяспечвае сапраўдную рэгенерацыю ў такіх жывёл, як саламандры, — і ўключаў гены, характэрныя для бластэмы. Але на гэтым працэс часцей за ўсё спыняўся: прыкладна 70% апрацаваных пальцаў не ўтваралі новай косці, і толькі каля 30% фарміравалі яе, прычым у няправільным становішчы.

FGF2, а затым BMP2 завяршалі працу — але недасканала. Калі пасля гранулы FGF2 усталёўвалі гранулу BMP2, новая косць з’яўлялася ў кожным апрацаваным пальцы. У большасці выпадкаў адрастала страчаная дыстальная фаланга P3 як пазнавальная косць з зонай росту ў аснове — той самай структурай, якую косць пальца выкарыстоўвае падчас развіцця. У многіх выпадках рэгенераваў і невялікі сустаў: сезамападобная костачка, а таксама сухажылле і звязка, якія зноў злучаліся з куксай. Пры дакладных вымярэннях адноўленыя часткі былі падобныя да зыходных, але не ідэнтычныя ім, а косць куксы, хоць і расла, так і не дасягала нармальнага памеру. Аўтары называюць вынік «поўным, але недасканалым пальцам»: поўным у тым сэнсе, што кожная ампутаваная структура мела пэўны аналаг, і недасканалым — таму што ніводны з іх не быў дакладнай копіяй.

Клеткі раны сапраўды былі перапраграмаваныя. Аднаклетачнае секвенаванне паказала, што FGF2 ужо на працягу сутак перабудоўваў фібрабласты раны, уключаючы гены (Hmga1, Hmga2), звязаныя з вяртаннем да больш эмбрыянальнага, развіваючагася стану. Генетычнае мечанне затым паказала, што звычайныя клеткі куксы былі пераспецыялізаваныя — перанакіраваныя на пабудову структур, характэрных для больш дыстальнай часткі пальца, чым тая, адкуль яны паходзілі. Яны ўдзельнічалі і ў фарміраванні адрослай фалангі, і ў сінавіяльных і злучальных тканках новага сустава; маленькая сезамападобная костачка пераважна ўзнікала з іншых клетак.

Што гэта, верагодна, азначае

Аўтары прапануюць дзве асцярожныя высновы.

Першая: млекакормячыя не рэгенеруюць гэтую вобласць не таму, што патрэбных клетак там няма. Клеткі, здольныя да рэгенерацыі, прысутнічаюць у ране; не хапае сігналаў, якія іх уключаць. Калі падаць сігналы FGF і BMP у правільнай паслядоўнасці, рана, якая звычайна рубцуецца, пераходзіць да рэгенерацыі. Паводле фармулёўкі аўтараў, такога сігналінгу дастаткова, каб запусціць рэгенератыўны вынік у ране, якая звычайна загойваецца фіброзам.

Другая: індукаваная рэгенерацыя ідзе двума шляхамі — бластэмазалежным, які аднаўляе фалангу, паўторна запускаючы яе эмбрыянальную праграму развіцця (адсюль і зона росту), і бластэманезалежным, які аднаўляе сустаўны комплекс. Разам яны здольныя прыблізна замяніць тое, што забрала ампутацыя.

Чаго гэта не даказвае

• Гэта мышы — нованароджаныя мышы і мадэль пальца, наўмысна выбраная таму, што звычайна яна не рэгенеруе. На людзях тут нічога не правяралі.
• Гэта косць пальца, а не канечнасць. Ампутацыя выдаляе канцавую частку аднаго аналага пальца — дыстальную частку P2, P3 і маленькую сезамападобную костачку; вынік — адрастанне гэтых невялікіх структур. «Адрошчвання канечнасцяў» у гэтым артыкуле няма.
• Вынік недасканалы. Адноўленыя косці падобныя, але не ідэнтычныя зыходным; косць куксы не вяртаецца да поўнага памеру, а FGF2 сам па сабе часцей за ўсё не спрацоўвае.
• Гэта дзве гранулы з фактарамі росту, пададзеныя паслядоўна, а не лекі, сыроватка, крэм або аднаразовая працэдура. Час быў важны: спачатку FGF2, праз пяць дзён BMP2.
• Праца не паказвае, што метад дзейнічае ў дарослых або буйных млекакормячых ці што ён бяспечны. Гэта нованароджаныя мышы ў жорстка кантраляваным эксперыменце.

Наколькі моцныя доказы?

У межах уласнага пытання цэнтральны вынік пераканаўчы. У кожнага пальца, апрацаванага FGF2→BMP2, з’яўлялася новая косць, тады як у кантролі гэтага не адбывалася. Пяць незалежных тыпаў доказаў — трохмерная візуалізацыя косці, гісталогія, статыстыка формы, аднаклетачнае секвенаванне і трасіроўка клетачных ліній — паказваюць у адзін бок.

Сумленныя абмежаванні датычацца маштабу, а не надзейнасці. Адказ варыябельны і недасканалы; гэта нованароджаныя мышы; а моцнае слова «дастаткова» датычыцца гэтай мадэльнай раны, а не людзей. Артыкул дэманструе, што ў пальцы мышы тыповую для млекакормячых няўдачу рэгенерацыі можна пераадолець, падаўшы правільныя сігналы. Ён не дэманструе шлях да адрошчвання чалавечай канечнасці — або нават чалавечага пальца.

Чаму гэта важна

Доўга адкрытым заставалася пытанне, млекакормячыя не маюць клетак для рэгенерацыі або проста не выкарыстоўваюць іх. Гэтая праца дае канкрэтны голас за другі варыянт: кампетэнтныя клеткі ўжо знаходзяцца ў ране, і правільныя сігналы ў правільным парадку могуць іх абудзіць. Гэта сапраўды абнадзейлівая ідэя — і вельмі павольная ў практычным сэнсе. Паміж «дастаткова ў пальцы нованароджанай мышы» і чым-небудзь, што чалавек мог бы адчуць на сабе, ляжыць доўгая дарога, і артыкул не робіць выгляд, што гэта не так. Каштоўнасць тут — у доказе прынцыпу, а не ў абяцанні.

Кароткі вынік

У нованароджаных мышэй ампутацыя праз другую косць пальца (P2) звычайна загойваецца рубцом без адрастання. Імплантацыя гранулы з FGF2, а праз пяць дзён — гранулы з BMP2 змяніла гэта: FGF2 сфармаваў бластэмападобную масу клетак, якія дзяліліся, BMP2 прымусіў яе дыферэнцыявацца, і палец адрасціў страчаную фалангу — з зонай росту, якая развіваецца, — а часта таксама маленькі сустаў, сухажылле, звязку і сезамападобную костачку. Адноўленыя часткі былі падобныя да зыходных, але не ідэнтычныя ім, а ўвесь вынік заставаўся недасканалым. Трасіроўка клетак паказала, што звычайныя клеткі раны перапраграмаваліся і пераспецыялізаваліся для пабудовы страчаных структур. Выснова: у гэтай мадэлі няўдача рэгенерацыі ў млекакормячага — праблема адсутных сігналаў, а не адсутных клетак, і сігналінгу FGF + BMP дастаткова, каб яе пераадолець. Гэта доказ прынцыпу ў мышэй — не чалавечая тэрапія і не «адрошчванне канечнасцяў».

Праверка без прыкрас

Што паказвае артыкул: у нованароджаных мышэй паслядоўная апрацоўка FGF2, а затым BMP2 пасля ампутацыі P2, якая звычайна не рэгенеруе, выклікае адрастанне ампутаванай дыстальнай фалангі праз бластэму, што фарміруе зону росту, а часта і звязанага сустаўнага комплексу — сезамападобнай костачкі, сухажылля і звязкі. Гэта падтрымліваюць пяць ліній доказаў: мікра-КТ, гісталогія, марфаметрыя формы, аднаклетачнае секвенаванне і трасіроўка клетачных ліній. Індукаваныя структуры падобныя, але не ідэнтычныя зыходным.

Што праўдападобна, але не даказана: што FGF2 сам па сабе пры іншым часе або дозе мог бы завяршыць рэгенерацыю; дакладная праграма развіцця, па якой ідуць пераспецыялізаваныя клеткі.

Чаго гэта не паказвае: нічога ў людзей, дарослых або буйных млекакормячых; адрастання цэлай канечнасці або цэлага пальца; лекаў, сыроваткі або аднаэтапнага лячэння; бяспекі; ідэальнага або надзейна поўнага выніку.

Асноўныя абмежаванні: нованароджаныя мышы; мадэль косці пальца, а не канечнасці; недасканалы і варыябельны адказ (FGF2 сам па сабе пераважна не спрацоўвае); слова «дастаткова» датычыцца гэтай мадэльнай раны, а не людзей; няма даных у людзей або дарослых млекакормячых.

Наколькі ўпэўненым можа быць звычайны чытач? Высокая ўпэўненасць, што ў гэтай мышынай мадэлі FGF2→BMP2 сапраўды індукаваў частковую рэгенерацыю пальца і што кампетэнтныя клеткі ўжо прысутнічалі, але не атрымлівалі сігналу. Такая ж высокая ўпэўненасць, што гэта не адрастанне чалавечай канечнасці і не тэрапія. Ад нізкай да ўмеранай — у тым, наколькі далёка ўдасца перанесці гэты прынцып. Правільнае стаўленне: рэальны, элегантны доказ прынцыпу пра тое, чаму млекакормячыя не рэгенеруюць, — і вельмі далёка ад гучнага загалоўка.