Предизвикот
На Јасухид Фурута и требаат стабилни раце при дисекција на ембриони на глувци. Бледите грутки стари девет дена се со големина од два милиметри. Тие пливаат во мала пластична чинија исполнета со розова течност. Фурута се превртува на микроскопот во неговиот канцелариски стол, чинија во рака.
Како и повеќето научници, Јапонецот е лежерно облечен: генетски мотив на неговата маица и фармерки. Сите го викаат Јас. Јас - д-р. Фурута - работи на универзитетот Вандербилт во Нешвил, Тенеси, град познат по кантри музика. Биологот од Далечниот исток очигледно не се прилагодил на локалните музички вкусови. Класично ЦД е на неговата маса: Сметана.
Сакам да видам како научниците проучуваат формирање на органи. Дисекцијата на ембриони е дел од секојдневниот живот за овој еснаф. Јас бара сигнална молекула која предизвикува формирање на одреден орган. Во изминатите пет години, научниците пронајдоа некои од овие сигнални молекули. Сега неколку американски компании се обидуваат да ги претворат откритијата во готовина. Зад ова стои идеја која го одзема здивот: ако овие протеини можат да го контролираат формирањето на органи во ембрионот - зошто да не и кај возрасен? Зошто не треба да биде можно повторно растење на изгубеното или оштетено ткиво - од кожа до рака - за цел живот?
Јас внимателно го става садот под микроскоп. Тој е еден од уредите што можат да го разгледаат две лица истовремено. Ембрионите се свиткани во форма на буквата У. Ги гледам главата, торзото и екстремитетите. „Soonе умреа наскоро, сè уште во матката“, вели Јас. Ним им недостасува генот што го произведува виталниот фактор за раст BMP4 (коскено морфоген протеин 4). Јас сака да открие дали BMP4 е сигналната молекула што го контролира формирањето на очните леќи.
Тој ги построи ембрионите еден до друг со помош на фина челична игла. Потоа ја отсекува главата на првиот и го преполовува ткивото. Во неверојатна прецизна работа, тој става мала топка натопена со BMP4 во развојното око на една половина. Потоа, ги става двете парчиња на медиум за култура, каде што продолжуваат да растат. Само половина со BMP4 ќе започнат да формираат една леќа неколку дена подоцна, а другата нема. Не, ниту едно око не зјапа од садот Петри. Но, под микроскоп леќата може да се види како стаклена мушка.
Шефот на Јас, британскиот професор Бригид Хоган, е искусен биолог за развој и експерт за молекули за сигнализација на БМП. Таа не верува дека човечките леќи ќе се обноват наскоро: „Нема пари за тоа. На крајот на краиштата, можете да живеете доста добро со очила или контактни леќи. “За да се збогати, Јас требаше да избере друга сигнална молекула, на пример BMP2 или BMP7. Овие двајца можат да го стимулираат формирањето на коските, а тоа е профитабилна работа.
Креативни биомолекули од Хопкинтон, Масачусетс, го продаваат БМП7, кој го именува како Остеоген протеин-1 (ОП-1) од причини за патент. Како и повеќето сигнални молекули, BMP7 нема единствена функција во ембрионот. Тој е исто така одговорен за формирање на бубрезите. И при градење на скелетот, се обезбедува ребрата, прстите и черепот да ја добијат вистинската форма.
Може ли БМП7 да помогне во растење на нови бубрези и кај возрасни? Проф. Марк Шарет, директор за истражување и развој во Креативни биомолекули, мора да ме разочара: „За жал, досега нема индикации. Но, протеинот ги ублажува тешките болести на бубрезите. “Компанијата сè уште не се обидува да израсне нови ребра или прсти. Досега, BMP7 би требало да помогне само во лекување на скршени коски. Се нанесува на местата на фрактури заедно со колаген - супстанца на сврзното ткиво слична на лепак - и ја стимулира коската да се регенерира.
Клиничките испитувања во САД се веќе завршени. Партнерската компанија на Креативни биомолекули, Страјкер, наскоро ќе аплицира за одобрување. Но, овие компании не се единствените кои сакаат да користат развојни молекули за да растат коски. Институтот за генетика од Кембриџ, Масачусетс, продава BMP2 за истата намена. И третата компанија, Онтогенеј, исто така во Кембриџ, се потпира на протеините од семејството ежи („Ежевите градат бебе“ на страница 73). Никаде на друго место во светот компаниите за био и медицинска технологија не се собрани толку густо како овде во Кембриџ и во соседен Бостон.
Таму го посетувам проф. Клиф Табин на Медицинскиот факултет Харвард. Табин е еден од многуте истражувачи на ежи на научниот одбор на Онтогенија. Секој што работи во развојна биологија овде на авенијата Лонгвуд, има клиничка примена пред нивните очи: болници наоколу, лекари и медицински сестри на улица кои не ги носат ниту наметките за ручек.
„Верувам дека сигналните молекули од ембрионалниот развој можат да се користат клинички“, вели д-р. Андреа Ворткамп. Германецот е вработен во лабораторијата на Клиф Табин и специјалист за „индиски еж“. „Ние ги испитавме ембрионите на глувци по раѓањето и откривме индиски протеин еж во зоните за раст на коските. Најверојатно ќе биде активен подоцна, сè додека растат екстремитетите. Можеби тоа би можело да се искористи за да се влијае на растот на коските. “Заедно со Бохрингер Манхајм во Германија, Онтогенија се обидува да го донесе индискиот еж на клиниката како лек за тешко залекувачки фрактури. Клиничките студии треба да започнат во следните пет години.
Од другата страна на реката Чарлс, во Кембриџ, има и други истражувачи на Еже, не во болнички амбиент, туку во преподобниот кампус на Универзитетот Харвард. Онтогенезата ги пласира и нивните резултати. Еден од нив е Енди Мекмахон, кој воопшто не личи на професор од Харвард. Британецот со неуредна коса претпочита да носи опрема за обука и има закачен тркачки велосипед на wallидот во неговата канцеларија.
„Откривме дека машките глувци кои немаат протеини од пусти ежи се стерилни“, објаснува тој. „Пустинскиот еж е одговорен за формирање на сперматозоиди во ембрионот, можеби и кај возрасен маж“. Онтогенезата сака да ја развие сигнализирачката молекула како терапевтска против неплодност.
Третиот протеин од еж, „Соничен еж“, што е најважен за развојот на ембрионот, е наменет за регенерација на нервните клетки кај пациентите со Паркинсон, кои произведуваат исчезната гласнина допамин. Во ембрионот, Соник еж го стимулира формирањето на соодветните делови во мозокот. Дорос Платика, управен директор на Онтогенеј, објаснува: „Кај новородените глувци кои немаат нервни клетки кои произведуваат допамин, Соник Еже може да ги остави да растат“. Дозволете им на пациентите со мозочен удар да растат нови нервни врски.
Соник еж и неговата молекула на закрпен рецептор, исто така, учествуваат во формирањето на кожата во ембрионот. Нивната интеракција е важна дури и кај возрасните - ако изгубат рамнотежа, се развива рак на кожата. Од друга страна, Онтогенија се обидува да најде средство со сигналните молекули. И има и други цели: Со помош на Sonic Hedgehog и Patched, истражувачите на Онтогенија се обидуваат да растат кожа, на пример на изгореници. Сепак, неконтролираниот раст пак доведува до рак.
Другите компании затоа се потпираат на таканаречените процеси на инженерство на ткива. Тие оставаат клетките да прераснат во соодветни форми со помош на хранливи раствори и полимерни скелиња. Напредни науки за ткиво во Ла Јола, Калифорнија се обидува да произведе вештачки дермис, долниот дел од двата слоја што ја сочинуваат кожата. На пример, се вели дека помага во лекување на дијабетични чиреви на стапалата.
Органогенезата во Кембриџ е веќе понатаму. Компанијата има одобрение за пласирање на вештачка кожа составена од двата слоја - епидермисот и дермисот. Соседот поправка на ткивата на гензими ја поправа 'рскавицата во коленото. Неговите истражувачи земаат 'рскавични клетки од пациентот, ги размножуваат во клеточна култура и ги инјектираат назад. Лекари како Johnон Ваканти во Детската болница во Бостон експериментираат со растечки 'рскавични клетки на полимерни скелиња во форма на уво.
„Се верува дека деловите од телото кои постојано се обновуваат - кожата, крвта, коските или мускулите - имаат вакви матични клетки“, објаснува Мелтон. „Сепак, досега се идентификувани само матичните клетки на крвта“, вели тој. Сепак, постојат индикации дека матичните клетки се наоѓаат и во многу други органи - или клетки кои го задржуваат статусот налик на матични клетки во текот на нивниот живот. Пример за ова е црниот дроб.
Ако дел од црниот дроб се изгуби како резултат на несреќа или операција на рак - ова може да биде до деведесет проценти - другите клетки на црниот дроб ја заменуваат загубата сè додека органот не е со иста големина како и порано. Потоа престануваат да растат сами. Кој или што им кажува на клетките на црниот дроб кога е доволно, сè уште е мистерија за истражувачите. Можеби има врска со сврзното ткиво што го структурира црниот дроб во индивидуални лобуси заедно со сигнали од циркулаторниот и нервниот систем, со фактори на раст и хормони. Според проф. Јирген Нисинг од Универзитетот во Марбург, експериментите со животни веќе успеале да трансплантираат индивидуални клетки на црниот дроб во оваа структура на сврзното ткиво, која потоа прераснува во целосен црн дроб.
Професорот од Харвард Мелтон моментално се обидува да најде матични клетки во панкреасот. Што се случува ако ова успее? Во близина на лабораторијата каде што Јас ги расте очите на глувците, наоѓам биолог кој го проучува формирањето на панкреасот: Британецот Крис Рајт. Тој очигледно има толку многу работа со тоа што излегол некое време во канцеларијата, како што открива засуканиот душек.
„Ако сте имале матични клетки, би можеле да ги испробате сигналните молекули од ембрионалниот развој на нив“, објаснува тој. Може да се види во кои типови на клетки се разликуваат и на тој начин, на пример, да се добијат панкреасни клетки за производство на инсулин. Но, дали еден ден исто така ќе можете да одгледувате тродимензионални делови на органи во лабораторија - со правилна форма, со снабдување со крвни садови - никој не знае денес. Развојот на органите во ембрионот сè уште не е истражуван доволно добро за ова. „Само што почнавме да разбираме што прават индивидуалните сигнални молекули. Но, сè уште не ја разбираме нивната интеракција “.
Но, Рајт е оптимист. „Во последните 15 години се случи револуција во развојната биологија. Тогаш, никој немаше идеја за гените и молекулите кои предизвикуваат такви процеси. Можеби слична револуција во знаењето ќе се случи во следните 15 години и ќе биде можна регенерација на органите “.
Веќе има пристапи кон ова, повторно со црниот дроб. Нивната природна способност да се регенерира досега не успеа во органите што се трујат низ и преку, на пример преку хронична злоупотреба на алкохол. Кај ваквите цирозни црн дроб, сврзното ткиво е исто така стврднато и смалено. Трансплантацијата на клетки на црниот дроб нема ефект во таквата средина и тие умираат. Но, ако им ги додадете вистинските сигнални молекули, тогаш можете - барем во експерименти врз животни - да ги оставите клетките да прераснат во еден вид втор црн дроб.
Другите научници одат на сосема поинаков начин. Тие не бараат сигнални молекули во ембриони на глувци или матични клетки во човечки ткива. „За да се разбере регенерацијата, треба да се истражуваат животните што можат да се регенерираат: Newутлови на пример“, вели remереми Брокс, професор на Универзитетскиот колеџ во Лондон. Тој не верува дека ќе биде можно наскоро да се регенерираат човечки раце или нозе. „За да го направат ова, клетките треба да формираат комплексна форма од различни типови на клетки - мускули, коски, вени, нерви. Сомнително е дали тоа некогаш ќе успее “.
Брокс е во потрага по молекулите кои ја контролираат регенерацијата на клетките на срцевиот мускул кај тритовите. „Доколку се покаже дека способноста на водоземците да се делат се заснова на единствена патека на молекуларна сигнализација која е блокирана кај повисоките живи суштества, тогаш може да се обиде да го активира овој сигнален пат кај луѓето и со тоа можеби да го обнови болниот срцев мускул.
Во меѓувреме, Јас не е многу успешен со леќите за очи на неговите глувци. Неговите експерименти покажаа дека иако BMP4 е вклучен во формирањето на леќата, тоа веројатно не е клучна молекула. Потрагата продолжува.
Восок во опашка
„Кога станува збор за обновување на изгубените делови од телото, животните се бунгалери во споредба со растенијата“, вели проф. Дитер Хес, директор на Институтот за физиологија на растенијата на Универзитетот во Хоенхајм. Растенијата имаат поделено ткиво скоро насекаде. Ако бура го скрши врвот на смреката, од аксиларната пупка на гранката подолу расте странично пукање за да се формира нов врв. Функционира и обратно: одделни делови го формираат остатокот од телото одново. На пример, градинарите растат цели украсни растенија од парчиња стебла или лисја и нови цвеќиња од одделни клетки на орхидеи.
Меѓу животните има и млади специјалисти: ако одделите парче од тли или некоја морска морска fishвезда, двата дела го формираат остатокот што недостасува - еден црв станува два. Кај повисоките животни регенерацијата работи само во една насока. Тавтабита повторно ќе ја врати изгубената нога, а гуштерот може да ја фрли опашката и повторно да се формира во опасност. Ногата и опашката, сепак, повеќе не се комплетираат едни со други за да формираат нова лебарка или гуштер.
„Саламандерите, тритовите и аксолотлите се шампиони за регенерација кај повисоките животни“, вели remереми Брокс, професор на Универзитетскиот колеџ во Лондон. На пример, тритовите можат да ја обноват опашката, нозете, леќата, мрежницата, вилицата, па дури и делови од срцето. Клетките „знаат“ каде се наоѓаат на телото и што треба да станат. Ногата ампутирана на глуждот само ја обновува ногата, а не коленото.
Но, зошто цицачите ја изгубиле оваа чудесна способност? Дејвид Стокум, професор во Индијанаполис, САД, бараше одговор веќе 30 години. „Можеби е со големина на раката или ногата и разновидноста на ткивата во неа што ја прави природната регенерација премногу тешка.“ Биолозите за развој веќе не сакаат да ја прифаќаат оваа слабост во природата.