Naukowcy rozwiązują zagadkę regeneracji chrząstki jaszczurki

Zespół naukowców z Keck School of Medicine na Uniwersytecie Południowej Kalifornii opublikował pierwszy szczegółowy opis interakcji między dwoma typami komórek, które umożliwiają jaszczurkom regenerację ogonów. Badania, finansowane przez National Institutes of Health i opublikowane 10 sierpnia w Nature Communications, koncentrowały się na niezwykłej zdolności jaszczurek do odbudowy chrząstki, która zastępuje kość jako główną tkankę szkieletową w ogonach regenerowanych po utracie ogona.

Według Centrów Kontroli i Zapobiegania Chorobom odkrycie może zapewnić wgląd naukowcom badającym, jak odbudować chrząstkę uszkodzoną przez chorobę zwyrodnieniową stawów u ludzi, chorobę zwyrodnieniową i wyniszczającą, która dotyka około 32,5 miliona dorosłych w Stanach Zjednoczonych. Obecnie nie ma lekarstwa na osteoporozę.

„Jaszczurki mają magiczną zdolność do regeneracji chrząstki, ponieważ mogą regenerować duże ilości chrząstki i nie dają przerzutów do kości” – powiedział autor badania, Thomas Lozito, adiunkt chirurgii ortopedycznej, biologii komórek macierzystych i medycyny regeneracyjnej . w Keck School of Medicine na Uniwersytecie Południowej Kalifornii.

Jaszczurki należą do jedynych wyższych kręgowców zdolnych do regeneracji chrząstki, która nie ulega kostnieniu i są najbliższymi krewnymi ssaków, które potrafią regenerować przydatki z wieloma typami tkanek, w tym chrząstką. Natomiast ludzie nie mogą naprawić uszkodzonej chrząstki po osiągnięciu dorosłości.

Lozito wyjaśnił, że zrozumienie, w jaki sposób organizmy o doskonałych właściwościach leczniczych regenerują tkanki, może pomóc naukowcom znaleźć sposoby na odtworzenie tych procesów u ssaków.

„Marzeniem jest znalezienie sposobu na przeniesienie tego procesu na ludzi, ponieważ nie potrafią oni naprawić chrząstki” – powiedział Lozito. „To ważny krok, ponieważ musimy bardzo szczegółowo zrozumieć ten proces, zanim spróbujemy odtworzyć go u ssaków”.

Wybierz główne komórki

Pierwszy autor Ariel Funk, doktorant w laboratorium Lozito, wraz z zespołem badawczym ustalili, że komórki zwane fibroblastami, które pomagają budować tkankę, są krytycznym typem komórek budujących chrząstkę w regenerującym się ogonie jaszczurki, której szkielety składają się prawie w całości z chrząstka. . W badaniach opisano zmiany w aktywności genów, jakie zaszły wśród niektórych fibroblastów, które umożliwiły budowę chrząstki.

Odkryli również, że rodzaj komórek odpornościowych zwany rabdomiolizą przegrody odgrywa ważną rolę w hamowaniu zwłóknienia lub bliznowacenia, umożliwiając zajście procesu regeneracji.

„Te dwa typy komórek współpracują ze sobą i kładą podwaliny pod początek procesu regeneracji” – powiedział Lozito, zauważając, że główna różnica między ludźmi a jaszczurkami polega na tym, że tkanka ludzka ma tendencję do powstawania blizn, a blizny uniemożliwiają regenerację tkanki.

Lozito powiedział, że jedną z przyszłych dróg badań jest wykorzystanie sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek do lepszego opisania mechanizmów molekularnych, które zatrzymują blizny u jaszczurek, aby mogły spróbować odtworzyć ten proces u ssaków.

Regeneracja kończyn jaszczurki wywołana chrząstką

Biorąc pod uwagę to, czego dowiedzieli się o typach komórek i związanych z nimi procesach molekularnych, zespół przeprowadził testy, aby ustalić, czy mogą odtworzyć proces odbudowy chrząstki w kończynach jaszczurki, które w przeciwieństwie do ogonów nie regenerują się po utracie.

Wyodrębnili komórki macierzyste z ogonów jaszczurek i przeszczepili je do kończyn, które miały niedobór proregeneracyjnych komórek odpornościowych odpowiedzialnych za hamowanie bliznowacenia. Byli w stanie z powodzeniem stymulować budowę chrząstki w kończynie jaszczurki, odtwarzając środowisko sygnalizacyjne przypominające ogon.

Lozito dodał, że mają nadzieję przetestować, czy mogą stymulować budowanie chrząstki u ssaków, zaczynając od myszy, przy użyciu technik, których używali w swoich eksperymentach na kończynach jaszczurek.

o studiowaniu

Inni autorzy badania to Ariel Funk, Xiaofan Zhao, Zhiu Pan, Megan Hudnall, Conrad Ochs, Gabriela Lopez, Sarah Hassel Colusa, Alexander Kooncz, Sasha Singleman i Darian Gamble z Keck School of Medicine USC.

Badania zostały sfinansowane przez National Institutes of Health (R01GM115444) i wspierane przez Molecular Genomics Core w USC Norris Comprehensive Cancer Center.