Третій шлях - регенерація
Професор, доктор біологічних наук Л. Полежаєв (Інститут біології розвитку АН СРСР)
Як відновити пошкоджений орган або тканину, як повернути їм втрачену функцію? Хоча проблема ця чисто медична, основа її біологічна. В даний час є три шляхи її вирішення: протезування, пересадка (трансплантація) і регенерація.
Регенерація кінцівки метаморфозірующей жаби (зліва). Праворуч - контроль, після звичайної ампутації йде гладке загоєння.
Регенерація обох передніх кінцівок у дорослої жаби після експериментального впливу.
Досвід по відновленню кінцівки у новонародженого опосума.
Регенерація тканини зуба у собаки через 100 днів після операції. На фотографії показаний поздовжній зріз зуба; перпендикулярно до зубного каналу, зліва - область дефекту з відновлюється тканиною.
Регенерація папілярного м'язу серця у собаки, оперированной за методом Н. П. Синіцина.
Протези, які замінять втрачені руки, ноги, зуби, застосовуються вже давно і дуже допомагають людям. Але протез - все ж не справжній орган і функція його неповноцінна.
Трансплантація, в наш час широко застосовується в хірургії, особливо великих успіхів досягла в пересадці кісток. В останні роки стали відомі операції з пересадки нирки і навіть серця у людини. І тим не менше, не дивлячись на значні успіхи, проблема трансплантації далеко не дозволена. Науці належить подолати на цьому шляху ще чимало труднощів, головна з яких - біологічна (іммунологіч-ська) несумісність тканин донора і нового «господаря» - реципієнта. У більшості випадків пересаджений орган через деякий час, іноді через один-два-три роки після пересадки відторгається. Таким чином, мета залишається досягнутої.
Третій шлях - регенерація, повне відновлення у граченних або пошкоджених органів і тканин. Цей шлях - в значній мірі шлях майбутнього, але шлях перспективний. Розглянемо його детальніше.
Є три основні форми відновлення пошкодженої тканини: рубцювання, гіпертрофія і регенерація. Гояться, рубцюються рани, утворюється рубець або шрам, але пошкоджені специфічні тканини не відновлюються. При гіпертрофії тканину, що залишилася після часткового видалення органу, наприклад, нирки або печінки, розростається, наближаючись по величині до вихідної, але стару форму, а головне, внутрішня структура органу не відновлюється. Таке відновлення (більш-менш повне, типове або не зовсім типове) може дати лише регенерація. Саме тому цей шлях більш за все і привертає дослідників, що займаються проблемою відновлення втрачених в результаті хвороби або травми органів тіла людини.
Сама думка виростити, наприклад, нову руку, ногу або навіть палець на місці ампутованих здається фантастичною. Але дослідження останніх років і деякі вдалі досліди дозволяють сподіватися, що вона в принципі здійсненна і, може бути, не в настільки вже віддаленому майбутньому.
З часів Чарльза Дарвіна відомі основні правила регенерації: здатність до регенерації знижується в міру ускладнення організації тваринного, знижується вона і з віком. У нижчих тварин - гідр, плоских війкових черв'яків (планарий), дощових черв'яків - з окремих шматочків тіла відновлюється цілу тварину. У нижчих хребетних - тритонів, аксолотлів, саламандр - регенерують вже тільки окремі органи (кінцівки, хвости, зябра, щелепи, носа). У ссавців і людини не відновлюються навіть окремі ділянки органів - частини пальців, вуха, носа і ін.
Але якщо природа не передбачила у вищих організмів цю здатність, то, може бути, її можна викликати штучно?
Робота з цієї цікавої теоретично і практично надзвичайно важливій проблемі почалася давно, причому в основному в Радянському Союзі (хоча зараз над нею працюють багато вчених і за кордоном) і в даний час вилилася в особливий напрямок - в вчення про регенерації.
Як вже було сказано, у хвостатих земноводних втрачені кінцівки та інші органи після ампутації відновлюються. У плазунів (у ящірки знову відростає тільки хвіст), у птахів і ссавців регенерація органів не відбувається. Але є особлива, проміжна група тварин - безхвості амфібії (це жаби, жаби, жерлянки), у яких кінцівки добре регенерують в «молодості», тобто на ранніх стадіях їх розвитку, пізніше вони цю здатність втрачають.
У чому ж полягає суть справи? Виявляється, у тварин, від природи здатних до регенерації кінцівок (тритонів, аксолотлів, пуголовків ранніх стадій розвитку), що залишилися після ампутації основні тканини органу або кукси, тобто м'язи, хрящ, кістку, сполучна тканина не рубцюються, незагойні звичайним чином, а починають видозмінюватися: вони саморуйнується і дедіфференціруются. Інакше кажучи, організація цих тканин спрощується, їх клітини уподібнюються молодим, ембріональним, що втратив свою специфічну приналежність до певної тканини, але зате володіє високою здатністю до клітинного розмноження. В результаті такого перетворення клітин і їх «омолодження» на поверхні рани починає рости і розвиватися тканину, утворюється зачаток, який, розвивається потім в кінцівку У інших же хребетних цього не відбувається: тканини кукси не руйнуються і не втрачають диференціювання, на поверхні рани просто виникає рубець, і вона гладко заживає.
Ось ці спостереження і наштовхнули вчених на думку спробувати штучно зруйнувати тканини кукси тварини, що не володіє здатністю до регенерації, штучно змусити її клітини спроститися, втратити свою специфіку Може бути, тоді почнеться регенерація?
До перших спроб такого роду були поставлені в нашій Лабораторії експериментальної морфології тварин Інституту біології розвитку АН СРСР спочатку на пуголовках пізніх стадій розвитку, на дорослих жаб і, нарешті, на новонароджених щурятами (за кордоном ці досліди йдуть також і на опосумів). Під час експерименту культю ампутованою кінцівки механічно травмували або піддавали спеціальному хімічному впливу, в результаті чого клітини цієї тканини втрачали свою специфіку, свою диференціювання (згодом були знайдені й інші способи створювати в організмі тварини здатність до регенерації), і починалося біологічне відновлення втраченої кінцівки. Подібні експерименти проводилися в багатьох лабораторіях в нашій країні і за кордоном, і достовірність їх не викликає сумнівів.
Встановивши закономірність відтворення регенераційної здатності кінцівок у хребетних, можна було перейти до роботи над отриманням регенерації інших органів і тканин у ссавців.
Відомо, що довгі трубчасті кістки в руках, ногах, пальцях після перелому добре відновлюються. Регенерація кістки в даному випадку відбувається за рахунок окістя і йде шляхом так званого Епіморфоз - тканина відростає від країв області кісткового дефекту. А ось віддалений шматок черепної кістки ніколи не відновлюється, навіть якщо на місці залишаються окістя і друга окістя - тверда мозкова оболонка, і мозок залишається незахищеним. Тут зазвичай не допомагає і трансплантація: пересаджена кістка швидко розсмоктується. Тому хірурги, як правило, закривають отвір в черепі неживими матеріалами: танталом, органічним склом та іншими. Однак це не байдуже для сусідніх з ними живих тканин.
Нашою лабораторією були запропоновані чотири нових біологічних методу, які дозволили домогтися повної регенерації черепної кістки. Найбільш простий і ефективний з них - метод деструкції. Уже говорилося: щоб викликати регенерацію тканини, яка в звичайних умовах не регенерує, її необхідно сильно зруйнувати. Так і в даному випадку шматок кісткової тканини, подрібнений до стану тирси і смоченниі кров'ю реципієнта, накладається на тверду мозкову оболонку. Після цього рану зашивають. Тирса швидко, протягом семи днів, повністю розчиняються. З них виділяються кісткоутворюючі речовини, які діють на сусідні клітини сполучної тканини, спонукаючи її до перетворення в типову кістка черепа, або, інакше кажучи, індукують в ній костеобразование.
Регенерація тут йде не звичайним шляхом, коли кістка відростає від країв кісткового дефекту, або від окістя, або твердої мозкової обохочкі, а шляхом індукції. Кісткові тирсу є індуктором, клітини молодий сполучної тканини - реагує матеріалом, а процес регенерації кістки йде по типу ембріональної індукції, при якій зачаток одного розвивається органу індукує утворення іншого. Без індуктора - кісткових тирси - молода сполучна тканина перетворюється в рубець, під впливом індуктора - в кістку, що заповнює отвір в черепі.
Подібний метод викликає - поки що в дослідах на собаках - регенерацію зруйнованих тканин зуба.
Експерименти показали, що кісткові тирсу можна помчати не тільки з черепних, а й з трубчастих, ребрових і інших кісток. Мало того, ці тирсу можна отримувати з кістки іншої тварини і не тільки такого ж виду (від одного собаки до іншого), але навіть від тварини іншого виду (наприклад, кістки кролика або корови годяться для пересадки собаці).
Індукують регенерацію кістки як свіжоприготовані кісткові тирсу, так і консервовані, наприклад, швидко заморожені при дуже низькій температурі (мінус 78 ° за Цельсієм). Дещо слабше «працюють» ліофілізовані тирса, тобто заморожені і висушені під вакуумом.
Успішні експерименти на собаках дозволили перейти до операцій, за допомогою яких вдалося допомогти людям. Зараз вже простежено віддалені результати операцій, тривалість деяких спостережень досягає 7-8 років.
Мета подальших наших досліджень - викликати регенерацію м'язових волокон в пошкодженій м'язі серця у ссавців.
І біологи, і лікарі знають, що різного роду травми м'яза серця, залучив, обов'язково дають рубці, що не володіють здатністю до скорочення. Крім того, в місцях пошкодження серця, особливо при інфарктах міокарду, утворюються осередки мертвої некротизованої тканини, яка несприятливо діє на серце і його роботу. Отже, чим швидше розсмокчеться некротизованих тканина і заживе вогнище пошкодження міокарда, тим це краще для здоров'я людини.
У нашій лабораторії, а потім і в ряді інших лабораторій було показано, що при певних умовах можна отримати регенерацію м'язових волокон серця у щурів, кроликів і собак. При відновленні міокарда нормалізується електрокардіограма і ряд фізіологічних і біохімічних показників.
Однак проблема ця залишається все ще не вирішеною. У тих випадках, коли серцевий м'яз відновлюється в досить великому обсязі, ефект виявляється тимчасовим: через два місяці новоутворена тканина розпадається. Якщо і вдається домогтися тривалого збереження м'язових волокон, то лише в тому випадку, коли обсяг відновленої ділянки дуже невеликий.
Багато що в проблемі з регенерації міокарда залишається неясним, тому збуджує суперечки і вимагає подальших досліджень і перевірки. Але робота в цій області триває, і є вже досліди, коли вдається отримати тривале відновлення ділянок серцевих м'язів, навіть папілярних або сосочкових.
В ході цих дослідженні було проведено спеціальне дослідження речовин, що стимулюють регенерацію міокарда, і коштів, які гальмують і стимулюють розвиток рубця. При цьому було виявлено досить цікаві і важливі дані. Виявилося, наприклад, що, застосовуючи ці кошти - кожне окремо або в певному поєднанні, - вдається збільшити час збереження регенерованих серцевих м'язових волокон і їх обсяг. Ці ж кошти прискорюють розсмоктування некротизованої тканини і загоєння місць пошкодження, інакше кажучи, значно швидше ліквідують наслідки інфарктів міокарда та деяких інших захворювань м'яза серця (протягом ряду років такі дослідження ми проводили в співдружності з іншими інститутами). Безперечно, подальша робота в цьому напрямку може мати серйозне значення для лікування інфарктів міокарда, для якнайшвидшого відновлення працездатності серця.
Нарешті, не можна не згадати ще про один напрямок дослідженні Дотепер багато медиків і біологів переконані в тому, що нервові клітини не тільки у людини, але і у будь-яких тварин ні за яких умов не можуть відновлюватися. А це значить що будь-яка травма спинного або головного мозку обов'язково тягне за собою невиліковні, як правило, порушення в діяльності організму - це може бути часткова або повна втрата здатності рухатися, втрата мови, зміни в психіці людини і т. Д. Однак за останні роки наука збагатилася принципово новими даними на цей рахунок.
Виявилося, що віддалені в експерименті великі ділянки головного мозку риб, тритонів, аксолотлів, личинок жаб при наявності певних умов повністю відновлюються. Вдалося домогтися (це зробили і американські і радянські дослідники) і регенерації нервових провідників пошкодженого спинного мозку у щурів, кішок собак. Пізніше вдалося отримати відомий позитивний результат при відновленні пошкодженого спинного мозку у людей. Це відкриває новий шлях для лікування паралічів, викликаних травмою спинного мозку.
Однак треба відразу ж обмовитися, що ці методи поки ще недостатньо розроблені, їх застосування зустрічається з великими труднощами. Потрібні ще численні досліди на тваринах, перш ніж метод можна буде вважати відпрацьованим.
У нашій лабораторії поставлені досліди, які показують можливість стимулювати поділ нервових клітин в головному мозку дорослих щурів, що супроводжується змінами в роботі вищої нервової діяльності, Робляться спроби викликати подібного роду зміни в умовах патології - при гіпоксії. Гіпоксія - це недостатність кисню в тканинах. Нервові клітини дуже чутливі до нестачі кисню і при значній або тривалої гіпоксії гинуть. Наші досліди показали, що при певних умовах досвіду навіть в умовах гіпоксії можна стимулювати відновлювальні процеси в нервовій тканині мозку у щурів. Поки ми застосовуємо методи ще дуже недосконалі. Однак ми вважаємо, ці перші дані можуть послужити початком для нових і дуже важливих досліджень в біології та медицині.
Звичайно, сьогодні можна поки говорити лише про певному напрямку досліджень в області регенерації, про перспективи. Реальної можливості і вирощувати у людини ампутовані руки, ноги або хоча б пальці поки ще немає. Також рано говорити про регенерації серцевого м'яза або нервової тканини головного мозку у людини. Однак все більше даних говорить за те, що проблема відновлення пошкоджених або втрачених тканин, кінцівок і ділянок життєво важливих органів у вищих тварин і людини в принципі вирішувана. Над нею працюють, над нею треба працювати, і це може привести до найважливіших результатів, значення яких важко переоцінити.
Полежаєв Л. В. та ін. Стимуляція регенерації серцевого м'яза. «Наука», 1965.
Полежаєв Л. В. Втрата і відновлення регенераційної здатності органів і тканин у тварин. «Наука», 1968.