Ученые вырастили у лягушки новую лапку взамен отрезанной

Майкл Левин (Michael Levin) из Университета Тафтс и его коллеги добились успешной регенерации конечностей у шпорцевых лягушек.

Регенерация широко известна у многих животных. Даже у людей печень обладает замечательной способностью регенерировать до полного размера после потери половины своей массы. Восстанавливать утраченные конечности могут ракообразные, морские звезды и саламандры. Но регенерация конечности недоступна для большинства амфибий, а также для всех рептилий, птиц и млекопитающих.

Шпорцевая лягушка может восстанавливать потерянные конечности на стадии головастика, но, став взрослой, теряет эту способность. Исследователи инициировали процесс регенерации у взрослых шпорцевых лягушек, закрыв рану от ампутированной конечности силиконовым колпачком (BioDome), в котором содержался гель на основе шелкового белка, наполненный смесью из пяти препаратов: 1,4-DPCA, BDNF (мозговой нейротрофический фактор), гормон роста, ретиноевая кислота и резолвин D5. Они были призваны стимулировать рост мышц и кровеносных сосудов, восстанавливать работу нервных клеток, подавлять воспаление и ингибировать выработку коллагена, который мог бы привести к образованию рубцов. BioDome находился на ране всего сутки, после этого его убирали и воздействие веществ прекращалось, тем не менее этого оказалось достаточным. Процесс регенерации занимал несколько месяцев.

В итоге наблюдался резкий рост тканей и образование новой лапки, которая, хотя внешне и не была полностью сформированной, функционально оказалась полноценной. Новые конечности имели расширенную костную структуру с чертами, сходными с естественной костной структурой конечности, богатым набором внутренних тканей (включая нейроны). Несколько новых пальцев вырастали из конца конечности, хотя и не соединялись суставом с основной костью. Отросшая конечность двигалась и реагировала на такие раздражители, как прикосновение жесткого волокна, и лягушки могли использовать ее для плавания в воде, двигаясь так же, как обычная шпорцевая лягушка.

«Приятно видеть, что препараты, которые мы выбрали, помогли создать почти полную конечность, — сказала первый автор статьи Нироша Муруган (Nirosha Murugan). — Тот факт, что для запуска многомесячного процесса регенерации требовалось лишь кратковременное воздействие препарата, предполагает, что лягушки и, возможно, другие животные могут иметь дремлющие регенеративные способности, которые можно привести в действие».

Важным фактором успеха стал колпачок BioDome. Дело в том, что животные, от природы способные к регенерации, живут в основном в водной среде. После потери конечности у них происходит образование массы стволовых клеток на конце культи, называемой бластемой, в дальнейшем эти клетки используются для постепенной реконструкции утраченной части тела. Рана быстро покрывается клетками кожи в течение первых суток после травмы, защищая восстанавливающуюся ткань под ней. «Млекопитающие и другие регенерирующие животные, как правило, получают травмы, подвергающиеся воздействию воздуха или соприкасающиеся с землей, и им может потребоваться от нескольких дней до нескольких недель, чтобы закрыться рубцовой тканью, — говорит один из авторов работы профессор Дэвид Каплан. — Использование колпачка BioDome в первые сутки помогает имитировать среду, подобную амниотической, что, наряду с правильными препаратами, позволяет протекать процессу восстановления без вмешательства рубцовой ткани».

На следующем этапе работы исследователи намерены проверить свой метод на млекопитающих.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.