Немногие млекопитающие обладают способностью регенерировать повреждённый спинной мозг и залечивать другие серьёзные травмы, не оставляя шрамов, но крошечный грызун из Африки может стать ключом к медицинской революции.
Млекопитающие, от крошечных грызунов до человека, обычно никогда не восстанавливаются после серьёзных травм спинного мозга или других повреждений центральной нервной системы. За исключением, кажется, африканской колючей мыши.
В последние годы учёные обнаружили, что это существо, обитающее в засушливых местах в африканских странах, включая Кению, Сомали и Танзанию, обладает необычайным даром к регенерации.
Оно может преодолеть разрушительные повреждения кожи, сердца, почек и спинного мозга.
Этого никто не ожидал, в том числе американские учёные, которые в 2012 году обнаружили, что колючая мышь способна регенерировать большие участки повреждённой кожи. «Мы все были совершенно поражены», — говорит Соуза, эксперт по регенерации нервов из Университета Порту в Португалии, имея в виду замечательную способность мыши восстанавливать свой спинной мозг, которую она и её коллеги задокументировали в исследовании, опубликованном ранее в этом году. Мыши оправились от паралича за несколько недель.
Регенерация — это особая форма заживления ран, которая заменяет утраченные ткани более или менее одинаковыми, избегая чрезмерного рубцевания, так что рассматриваемая часть тела может функционировать так же хорошо, как и раньше. Например, аксолотли,
плоские черви, данио и некоторые медузы могут регенерировать относительно большие и сложные части своего тела.
Согласно исследованию, опубликованному в 2020 году, у только что вылупившихся аллигаторов могут отрасти отрезанные хвосты. Но ни одно из этих животных не так тесно связано с нами с генетической точки зрения, как африканская колючая мышь. Многие исследователи утверждают, что эти животные могут нести биологические секреты, которые могут помочь революционизировать медицину и привести к лечению травм и дегенеративных заболеваний, которые изменят жизнь.
Однако никаких гарантий нет. И изучение этих животных по этическим соображениям плохо, поскольку учёные должны намеренно ранить их, чтобы узнать, как они реагируют.
В 2011 году Эшли Сейферт, который работал в Университете Флориды, а сейчас работает в Университете Кентукки, стоял в саду ветеринара-пенсионера Эллиота Джейкобсона во Флориде, который владел флигелем полным домашних змей. Однако Сейферта змеи не интересовали. Ему сообщили, что у Джейкобсона также есть небольшая колония африканских колючих мышей. Джейкобсон получил своих колючих мышей от кого-то из зоопарка Феникса ещё в 1990-х годах и с тех пор разводил их. У него их было 40, и он с радостью отдал их всех Сейферту.
Эти животные легли в основу исследовательской колонии, которую с тех пор изучает Сейферт. Однако тогда у него была своего рода миссия. Он уже понял, что африканские колючие мыши обладают поразительными способностями, после того как его коллега случайно упомянул в разговоре о животных. В академических журналах появились сообщения о странных видах мышей в Африке, которые иногда очень внезапно сбрасывают кожу. Сейферт задался вопросом, может ли мышь также обладать впечатляющими способностями к заживлению ран.
В Кении ему удалось поймать некоторых из них во время исследовательской поездки. Сейферт никогда раньше не брал их в руки, но вскоре обнаружил, что даже достаточно нежное прикосновение приводит к тому, что их кожа, покрытая крепкими колючими волосками, отваливается. Наблюдая за тем, как они реагировали на это и как выздоравливали, когда он делал маленькие отверстия в коже их ушей в контролируемых экспериментах, он понял нечто невероятное — африканские колючие мыши с лёгкостью оправляются от подобных травм. Порезы в их ушах не просто зажили, образовав участок рубцовой ткани для восстановления раны, но вместо этого новая ткань пополнилась волосяными фолликулами, жировыми отложениями и хрящами.
В ходе того же исследования Сейферт и его коллеги также обнаружили, что кожа африканских колючих мышей аномально слабая. Они подсчитали, что у обычной мыши из рода Mus кожа в 20 раз прочнее. Команда опубликовала результаты этой работы в 2012 году. Увидев регенеративные способности мыши, Сейферт задумал продолжить изучение и вскоре смог сделать это, используя исследовательскую колонию, которую он приобрёл у Джейкобсона во Флориде.
Примерно через 10 лет после открытия Сейферта небольшое количество других исследователей заинтересовались африканскими колючими мышами.
Например, в известной статье, опубликованной в прошлом году, описывается, как грызуны могут оправиться от серьёзного повреждения почек, которое у других видов мышей может привести к полному отказу органов.
Фото: o-prirode.ru
Учёные предполагают, что колючие мыши эволюционировали и начали сбрасывать кожу, чтобы убежать от хищников, пытающихся их схватить. Но могут быть и другие причины, по которым регенерация помогает им в дикой природе, например, позволяя им переносить большое количество паразитов. Какова бы ни была причина, поразительно, что они развили эту способность, хотя так мало млекопитающих приблизились к ней. Сейферт обнаружил, что близкородственный тип мышей, щетинкошерстные мыши, также обладает схожими регенеративными способностями.
Статья Соузы и её коллег о регенерации спинного мозга была поразительной, потому что в этом случае исследователи полностью перерезали спинной мозг около 10 африканских колючих мышей. Было замечено, что все, кроме трёх, полностью восстановили подвижность — и мыши сделали это даже после того, как их спинной мозг был перерезан надвое или перерезан во второй раз. Стоит отметить, что чистый порез после хирургической процедуры, возможно, было бы легче восстановить, чем после травмы позвоночника в дикой природе, где повреждение на позвоночнике и вокруг него может быть труднее излечить. Однако тот факт, что аксоны мышей — соединительный кабель их нервных клеток — регенерировали, остаётся впечатляющим.
По мере возможности, исследователи, которые экспериментировали на живых колючих мышах, надеются разработать клеточные культуры для использования в экспериментах вместо того, чтобы привлекать живых животных. Одно из оправданий, которое ученые часто приводят для проведения подобных процедур, заключается в том, что такая работа может привести к созданию изменяющих жизнь лекарств или других методов лечения для миллионов людей. Однако с самого начала никогда не ясно, произойдёт ли это определенно, поэтому стоит задуматься о том, существуют ли какие-либо прецеденты, которые могут указывать на то, как исследования регенерации у животных могут способствовать развитию медицины.
Большинство работ в этой области, надо признать, очень молоды. Учёные всё ещё пытаются проверить клеточные механизмы регенерации у различных видов.
Ретиноиды – это такие вещества, как ретинол и ретиноевая кислота, которые животные, в том числе люди, вырабатывают с помощью витамина А. Ретиноиды помогают некоторым животным делать действительно захватывающие вещи. Возьмем, к примеру, виды морских огурцов, которые могут регенерировать свой кишечник. Исследование 2019 года показало, что в этом сложном процессе участвует ретиноевая кислота. Это также помогает рыбкам данио отращивать плавники.
Ретиноиды на самом деле изучались в течение десятилетий и используются в лечении различных кожных заболеваний, включая псориаз. Многие учёные утверждают, что ещё многое предстоит узнать о ретиноидах, особенно учитывая их регенеративную роль у некоторых животных. Кроме того, есть островковые клетки поджелудочной железы, которые атакуются иммунной системой людей с диабетом 1 типа, в результате чего они не могут вырабатывать нужное количество инсулина.
За последнее десятилетие врачи добились определенных успехов в пересадке островковых клеток от умерших доноров людям с диабетом 1 типа.
Но исследования на лабораторных мышах намекают на то, что однажды врачи смогут стимулировать процессы в поджелудочной железе, чтобы побудить её вместо этого регенерировать эти клетки.
Тем не менее, никогда не ясно, будет ли подход, доказавший свою эффективность на мышах, действительно работать так, как предполагалось, на людях.
Есть и другие способы, которыми животные с регенеративными способностями приносят пользу медицинским исследованиям. Согласно статье, опубликованной в 2019 году, личинки рыбок данио, которые могут регенерировать свой спинной мозг, как колючие мыши, могут быть использованы для тестирования лекарств, предназначенных для лечения травм спинного мозга.
Джонни Ким из Института исследований сердца и легких им. Макса Планка говорит, что не знает ни одного примера лечения сердечных заболеваний — предмета его собственного исследования — которые ещё не были получены непосредственно при изучении регенеративных механизмов у животных.
Пенни Хокинс, глава научного отдела Королевского общества по предотвращению жестокого обращения с животными, отмечает инвазивность некоторых экспериментов с колючими мышами, но также и возможность того, что они могут в конечном итоге изменить медицину. Она утверждает, что финансирующие организации и исследовательские институты должны тщательно оценивать реальное влияние таких исследований, чтобы свести к минимуму вред для животных.
Везде, где можно использовать альтернативы, клеточные культуры или симуляции, это всегда желательно делать. Но есть веские причины исследовать процессы в природе в надежде произвести революцию в медицине.
Исследование, которое было проведено в прошлом году Керстин Бартшерер из Института биологии развития и исследований стволовых клеток им. Хубрехта в Утрехте, Нидерланды, показало, что грызуны могут регенерировать часть своей сердечной ткани после сердечного приступа. Бартшерер и её коллеги сделали искусственные закупорки артерий мышей с помощью хирургической процедуры. Все животные получали обезболивающее и находились под тщательным наблюдением. Закупорка приводила к сердечным приступам и образованию рубцовой ткани у африканских колючих мышей и мышей рода mus. Но хотя у африканских колючих мышей наблюдалось снижение насосной активности сердца, со временем она улучшалась, в то время как у мышей рода mus ухудшалась.
Изучив сердца этих африканских колючих мышей, исследователи обнаружили, что, хотя органы не регенерировали по-настоящему, рубцовая ткань в сердцах содержала крупные сосуды, наполненные кровью, что необычно и не то, чего можно было бы ожидать в человеческом сердце. Это оказалось ключевой частью выздоровления мышей. По словам Бартшерера, после этого животные также казались достаточно здоровыми, бегая и выполняя сальто в своих вольерах, как обычно.
Фото: o-prirode.ru
Учёные, изучающие колючих мышей, теперь стремятся выяснить, какие механизмы в их телах позволяют так успешно восстанавливать или регенерировать различные ткани. Работа таких исследователей, как Челси Симмонс из Университета Флориды, среди прочего, предполагает, что иммунная система этих мышей работает немного иначе, чем человеческая, в том смысле, что они способны сдерживать вспышку воспаления после серьёзной травмы, которая может способствовать восстановлению тканей.
Организм колючих мышей, по-видимому, невероятно быстро заживляет раны по причине того, что не образуется много или вообще никакой рубцовой ткани, а вместо этого регенерируются части тела. Что именно обеспечивает это, остается неясным, хотя Симмонс и Сейферт предполагают, что макрофаги играют определенную роль. Это клетки, которые поглощают бактерии в организме, а также помогают контролировать иммунный ответ на повреждённые ткани.
В отличие от людей и многих других животных, когда африканские колючие мыши получают травму, они, по-видимому, задействуют только определённые типы макрофагов, которые помогают заживлению раны, не вызывая чрезмерного воспаления и образования рубцовой ткани.
Соуза и его коллеги обнаружили, что определённый фермент участвует в регенерации спинного мозга, например, у африканских колючих мышей. Но они до сих пор не знают, какая клетка или клетки его экспрессируют.
Сбор этих сложных головоломок — важный следующий шаг на пути к разработке методов лечения людей. Но независимо от того, окажется ли оно в конечном итоге успешным, исследование потребует времени.
Один обзор 2018 года показал, что исследования регенерации нечеловеческих видов достигли «большого прогресса», но до медицинских методов лечения, основанных на этой работе, ещё далеко. Тем не менее, хотя путь к революционным лекарствам или методам лечения, вдохновлённым исследованиями африканских колючих мышей, может быть долгим и ненадёжным, возможность найти методы лечения, изменяющие жизнь, слишком значительна, чтобы её игнорировать.
В конечном счёте, надежда на спасение или кардинальное улучшение миллионов жизней всегда будет оставаться мощным двигателем прогресса.