Pelēm divpakāpju augšanas faktoru terapija ataudzēja amputēta pirksta zaudētos kaulus — nepilnīgi

Aristoteļa jautājums, uzdots peles pirksta galam

Kāpēc salamandra pēc amputācijas var ataudzēt veselu kāju — kaulu, muskuli, nervus, ādu, visu —, bet pele vai cilvēks vienkārši aizdziedē celmu un apstājas? Jautājums ir sens: rakstā atgādināts, ka tas sniedzas līdz Aristotelim vairāk nekā pirms diviem tūkstošiem gadu. Dzīvnieki, kuri spēj reģenerēt ekstremitātes, trūkstošo daļu atjauno no neliela nespecializētu šūnu sakopojuma, ko sauc par blastēmu. Tā izveidojas brūcē un uzbūvē zudušo no jauna. Zīdītāji lielākoties blastēmu vispār neveido. Mēs brūci aizveram ar rētaudiem.

Tāpēc raksts ar nosaukumu “pirksta reģenerācija pelēm” nonāk vienas no senākajām bioloģijas atklātajām problēmām pašā vidū — un pēdējā laikā arī informācijas trokšņa vidū. Internetā viegli atrast apgalvojumus, ka cilvēki tūlīt varēs ataudzēt zaudētus pirkstus vai ekstremitātes. Darbs saka ko šaurāku, dīvaināku un interesantāku: pelēm amputācijas vietā, kas parasti sadzīst ar rētu, divi augšanas faktori pareizā secībā — vispirms FGF2, pēc tam BMP2 — lika celmam atjaunot zaudēto kaulu. Ne veselu ekstremitāti. Ne cilvēkam. Un ne perfekti. Taču brūce, kuru zīdītājs parasti aizvērtu ar fibrozi, tika virzīta uz reģenerāciju. Tieši tas ir rezultāts, ko vērts saprast.

Ko autori darīja

Peles pirksta gals ir viena no retajām vietām, kur zīdītājs vispār kaut ko spēj ataudzēt. Ja nogriež tikai pašu distālo galu, tas atjaunojas; ja amputē zemāk — caur pirksta otro kaulu jeb P2 falangu —, tas vairs neatjaunojas. Celms aizaug ar rētaudiem un process apstājas. Autori apzināti izmantoja tieši šo nereģenerējošo P2 amputāciju jaundzimušām pelēm: brūci, kurā zīdītāji uzticami nespēj reģenerēt.

Tai viņi vienu pēc otra piegādāja divus signālproteīnus. Dažas dienas pēc amputācijas, kad brūce bija aizvērusies, implantēja mazu lodīti, kas izdalīja FGF2 (fibroblastu augšanas faktoru). Piecas dienas vēlāk ievietoja otru lodīti ar BMP2 (kaulu morfoģenētisko proteīnu). Pēc tam pirkstus vairākas nedēļas novēroja ar mikro-CT un audu krāsošanu, sekvencēja brūces šūnas pa vienai un izmantoja ģenētisku marķēšanu, lai izsekotu, par ko kļuva atsevišķas brūces šūnas.

Ko viņi atklāja

FGF2 viens pats radīja izejmateriālu, bet reti gala rezultātu. Tas lika brūcē uzkrāties dalīties spējīgu šūnu masai, kas atgādināja blastēmu — šūnu sakopojumu, kas īstā reģenerācijā darbojas, piemēram, salamandrām —, un ieslēdza blastēmai raksturīgus gēnus. Taču ar to parasti viss arī beidzās: apmēram 70% ārstēto pirkstu jauns kauls vispār neauga, bet aptuveni 30% izveidoja vienu nepareizi novietotu kaula gabalu.

FGF2 un pēc tam BMP2 darbu pabeidza — nepilnīgi. Kad pēc FGF2 lodītes ievietoja BMP2 lodīti, jauns kauls izauga visos ārstētajos pirkstos. Lielākajā daļā atjaunojās zaudētā distālā falanga (P3) kā atpazīstams kauls ar augšanas plātnīti pie pamatnes — to pašu struktūru, ko pirksta kauls izmanto attīstības laikā. Daudziem izveidojās arī neliela locītava: sezamoīdam līdzīgs kauliņš, kā arī cīpsla un saite, kas to savienoja ar celmu. Precīzi izmērot, atjaunotās daļas bija līdzīgas oriģinālam, bet ne identiskas; arī celma kauls, lai gan auga, normālo izmēru nesasniedza. Autori rezultātu sauc par “pilnīgu, bet nepilnīgu pirkstu” — pilnīgu tādā nozīmē, ka katrai amputētajai struktūrai radās kāds analogs, nepilnīgu tādā, ka neviena nebija precīza kopija.

Brūces šūnas patiešām tika pārprogrammētas. Vienas šūnas sekvencēšana parādīja, ka FGF2 vienas dienas laikā pārveidoja brūces fibroblastu stāvokli, ieslēdzot gēnus (Hmga1, Hmga2), kas saistīti ar atgriešanos embrionālākā attīstības stāvoklī. Ģenētiskā marķēšana pēc tam parādīja, ka parastās celma šūnas tika pārdefinētas — novirzītas veidot struktūras, kas pieder pirksta distālākai daļai nekā vieta, no kuras šūnas nāca. Tās piedalījās gan falangas, gan jaunās locītavas sinoviālo un saistaudu veidošanā; mazais sezamoīdam līdzīgais kauls lielākoties radās no citām šūnām.

Ko tas, visticamāk, nozīmē

Autori no rezultāta izdara divus piesardzīgus secinājumus.

Pirmkārt, zīdītāju nespēja reģenerēt šajā vietā nav saistīta ar to, ka trūktu piemērotu šūnu. Brūcē jau ir šūnas, kas spēj piedalīties reģenerācijā; trūkst signālu, kas tās ieslēgtu. Piegādājot FGF un BMP signālus pareizā secībā, brūce, kas parasti rētojas, sāk reģenerēt. Autoru formulējumā šī signalizācija ir pietiekama, lai konkrētajā modelī ierosinātu reģeneratīvu iznākumu brūcē, kas normāli sadzīst ar fibrozi.

Otrkārt, inducētā reģenerācija darbojas divās paralēlās trajektorijās: blastēmas atkarīgā ceļā, kas atjauno falangu, no jauna izspēlējot tās embrionālo attīstību (tāpēc parādās augšanas plātnīte), un no blastēmas neatkarīgā ceļā, kas atjauno locītavas kompleksu. Kopā tie aptuveni aizvieto amputācijas laikā zaudētās struktūras.

Ko tas nepierāda

• Tas ir pētījums ar pelēm — jaundzimušu peļu pirkstiem modelī, kas izvēlēts tieši tāpēc, ka normāli nereģenerē. Cilvēkiem nekas no tā netika darīts.
• Tas ir pirksta kauls, nevis ekstremitāte. Amputācija noņem viena pirksta ekvivalenta galu — distālo P2 daļu, P3 un nelielu sezamoīdo kaulu —, un rezultāts ir šo mazo daļu ataugšana. Raksts nerāda “ekstremitāšu ataudzēšanu”.
• Rezultāts ir nepilnīgs. Atjaunotie kauli ir līdzīgi, bet ne identiski oriģināliem; celma kauls neatgriežas pilnā izmērā; FGF2 viens pats lielākoties nedarbojas.
• Tā ir divu augšanas faktoru lodīšu secīga ievadīšana, nevis zāles, serums, krēms vai vienreizēja procedūra. Laika secība bija svarīga: vispirms FGF2, piecas dienas vēlāk BMP2.
• Darbs neparāda, ka tas darbotos pieaugušiem vai lieliem zīdītājiem, un nepārbauda drošumu. Tās ir jaundzimušas peles stingri kontrolētā eksperimentā.

Cik pārliecinoši ir pierādījumi?

Paša modeļa robežās galvenais rezultāts ir spēcīgs. Katrs FGF2→BMP2 ārstētais pirksts izveidoja jaunu kaulu tur, kur kontroles grupā tas nenotika, un pieci neatkarīgi pierādījumu veidi — 3D kaulu attēlveidošana, histoloģija, formas morfometrija, vienas šūnas sekvencēšana un šūnu līniju izsekošana — norāda vienā virzienā.

Godīgie ierobežojumi ir par tvērumu, nevis par to, vai efekts vispār ir īsts. Reakcija ir mainīga un nepilnīga; tā parādīta jaundzimušām pelēm; un spēcīgais vārds “pietiekams” attiecas uz šo brūces modeli, nevis cilvēkiem. Darbs parāda, ka peles pirkstā zīdītāju tipisko reģenerācijas neveiksmi var pārvarēt ar pareiziem signāliem. Tas neparāda ceļu uz cilvēka ekstremitātes — vai pat visa cilvēka pirksta — ataudzēšanu.

Kāpēc tas ir svarīgi

Ilgu laiku atklāts bija jautājums, vai zīdītājiem trūkst reģenerācijai vajadzīgo šūnu, vai arī viņi vienkārši tās neizmanto. Šis darbs dod konkrētu argumentu par labu otrajai iespējai: kompetentās šūnas brūcē jau atrodas, un pareizie signāli pareizā secībā var tās aktivizēt. Tā ir patiesi cerīga ideja — un vienlaikus lēns ceļš. Pārvērst “pietiekams jaundzimušas peles pirksta brūcē” par ko tādu, ko varētu izmantot cilvēks, prasīs ļoti daudz darba, un raksts neizliekas citādi. Vērtība ir principa pierādījumā, nevis solījumā.

Īss kopsavilkums

Jaundzimušām pelēm amputācija caur pirksta otro kaulu (P2) normāli sadzīst ar rētu un bez ataugšanas. Ievietojot FGF2 lodīti un pēc piecām dienām BMP2 lodīti, tas mainījās: FGF2 izveidoja blastēmai līdzīgu dalīties spējīgu šūnu masu, BMP2 virzīja tās diferenciāciju, un pirksts atjaunoja zaudēto falangu — ar attīstībai raksturīgu augšanas plātnīti —, kā arī bieži mazu locītavu, cīpslu, saiti un sezamoīdu kaulu. Atjaunotās daļas bija līdzīgas, bet ne identiskas oriģināliem, un rezultāts bija nepilnīgs. Šūnu izsekošana parādīja, ka parastās brūces šūnas tika pārprogrammētas un pārdefinētas, lai veidotu trūkstošās struktūras. Galvenais secinājums: šajā modelī zīdītāju reģenerācijas neveiksme ir trūkstošu signālu, nevis trūkstošu šūnu problēma, un FGF + BMP signalizācija ir pietiekama, lai to pārvarētu. Tas ir principa pierādījums pelēm — ne cilvēka terapija un ne “ekstremitāšu ataudzēšana”.

Bez pārspīlējumiem

Ko darbs parāda: Jaundzimušām pelēm secīga FGF2 un pēc tam BMP2 ievadīšana normāli nereģenerējošā P2 pirksta amputācijā izraisa amputētās distālās falangas ataugšanu (caur blastēmu, kas veido augšanas plātnīti) un bieži arī saistīta locītavas kompleksa atjaunošanu (sezamoīdam līdzīgs kauls, cīpsla, saite). To atbalsta mikro-CT, histoloģija, formas morfometrija, vienas šūnas sekvencēšana un šūnu līniju izsekošana. Inducētās struktūras ir līdzīgas, bet ne identiskas oriģināliem.

Kas ir ticams, bet nav pierādīts: Ka FGF2 viens pats citā devā vai laikā varētu pabeigt reģenerāciju; precīza attīstības programma, ko izpilda pārdefinētās šūnas.

Ko tas neparāda: Neko par cilvēkiem vai pieaugušiem/lieliem zīdītājiem; visas ekstremitātes vai visa pirksta ataugšanu; vienu zāļu vai seruma terapiju; drošumu; perfekti vai vienmēr pilnīgi atjaunotu struktūru.

Galvenie ierobežojumi: Jaundzimušas peles; pirksta kaula, nevis ekstremitātes modelis; nepilnīga un mainīga reakcija (FGF2 viens pats parasti neizdodas); “pietiekams” attiecas uz šo modeļa brūci, nevis cilvēkiem; nav datu par cilvēkiem vai pieaugušiem zīdītājiem.

Cik lielai pārliecībai vajadzētu būt parastam lasītājam? Augstai, ka šajā peles modelī FGF2→BMP2 patiešām inducēja daļēju pirksta reģenerāciju un ka kompetentās šūnas bija klātesošas, bet nesaņēma vajadzīgos signālus. Augstai arī par to, ka tas nav cilvēka ekstremitātes atjaunošana un nav terapija. Zemai līdz vidējai par to, cik tālu princips būs pārnesams. Pareizā attieksme: reāls un elegants principa pierādījums par to, kāpēc zīdītāji nereģenerē — un ļoti tālu no sensacionālā virsraksta.