Почему может восстановиться утраченный пальчик в
детстве и не может в зрелом возрасте?
Ученый доказал, что для успешной регенерации остат-
ки утраченного органа необходимо разрушить.
Речь идет о фантастических перспективах практи-
ческой медицины — отращивании заново почти любого
утраченного или плохо работающего органа.
Эффект индукции, обнаруженный Л\ В. Полежаевыму
дал в руки нейрохирургов совершенно новое средство
лечения. Речь идет о регенерации костной ткани, в
частности, костей черепа.
Исследования по регенерации открывают перспективы
лечения некоторых тяжелых нейродегеративных забо- .
леваний мозга у людей.
Говорят, у былинного дракона, Змея Горыныча, легко вырастали новые головы
взамен отрубленных богатырским мечом. Еще, помнится, было в нашем
детстве что-то связанное с ящерицами — у них заново отрастал хвост,
правда, не слишком быстро, но отрастал. А пойманная юркая ящерица легко
оставляла его в руке хулигана, удирая уже без хвоста. На языке науки
отращивание заново утраченного органа называют регенерацией.
Интересно, когда же возможна регенерация, а когда — нет, и что сулит
человеку эта сфера научного поиска?
Какие-то ответы на эти вопросы, пока еще далеко не окончательные, дают
обширные исследования главного научного сотрудникаконсультанта
Института общей генетики РАН, доктора биологических наук,
действительного члена Российской Академии естественных наук Льва
Владимировича Полежаева• Начатые еще в тридцатые годы, они
продолжаются по сей день. И теперь, видимо, уже можно рассказать о
некоторых итогах этой уникальной работы.
Чудо на пальцах
Поговорим о детях. Если, не дай Бог, с пальчиком ребенка что-либо случится, это большое горе для малыша и его родителей. Маленькие дети, не обладая опытом, осваивают предметную среду, знакомятся с ней, именно ощупывая все вокруг пальчиками. Метод проб и ошибок иногда приводит к тому, что ребенок
пальчиком в щель между дверью и дверным косяком, со всеми тяжелыми последствиями. И это бывает не так уж и редко. Но медицина утверждает, уже вполне уверенно, что ситуация поправима. Гильотинная ампутация ногтевых фаланг пальцев при определенных условиях приводит к полной регенерации, восстановлению нормального пальчика, что можно считать почти чудом. Что это за условия? Во-первых, возраст. Малыш должен быть не старше пяти-шести лет, чудеса, как видно, бывают только в раннем возрасте. И второе, чисто
медицинское условие,— раневая поверхность поврежденного пальца не должна быть зашита кожей, иначе ничего не выйдет. К этому итогу наука приближалась все последние двадцать лет, в течение которых шло планомерное накопление знаний и опыта о пальцевой регенерации у человека в раннем возрасте. Ученые
отечественные — С. Я. Долецкий, В. Ф. Самойлович, Е. А. Володько и в большей мере зарубежные — К. Босли, С. Чоу, Р. Дуглас, А. Хольм и И. Захария, К.,Иллингворт, П. Кинг, Л. Розенталь, М. Зингер с сотрудниками, а также Н. Ванек,с коллегами, доказали, что это — установленный факт, биологически закономерное явление. И оно, как оказалось, свойственно не только людям. Высокая регенеративная способность обнаружена и у детенышей обезьян. Все это очень интересно и заставляет задуматься: почему организм можетвосстанавливать утраченный пальчик в детстве и не может в зрелом возрасте? Вроде как в детстве в нас еще живы и действуют некие спасительные силы природы, которые затем оставляют человека «на произвол судьбы». Это сообра-
жение ставит на повестку дня определенные общебиологические вопросы. А потому ученые перенесли внимание с практической медицины на теоретические вопросы общей биологии.
«Теория чуда»
Еще в тридцатых — сороковых годах Л. В. Полежаев на большом практическом материале установил, какие факторы обеспечивают регенерацию органа. Тогда же и родился метод восстановления. Внешне выглядит он жестоко. Ученый доказал, что для успешной регенерации остатки утраченного органа необходимо разрушить, а его ткани «дедифференцироватъ». Что это значит? В нормальной ткани разные группы клеток узко
приспособлены к выполнению разных задач —дифференцированы. Вот это-та специализация теперь мешает, надо от нее избавиться любым путем и проще всего самым жестоким — расчленением единой ткани на массу разрозненных, то есть не связанных между собой клеток. Опыт показывает, что они внешне приобретают все черты, характерные для совсем не специализированных клеток эмбриона. Под микроскопом уже невозможно определить, из какой ткани были извлечены и разделены те или другие — они все теперь похожи друг на друга, а все вместе — на эмбриональные.
Но пережитый ими в ходе онтогенеза целого организма процесс специализации не пропадает зря. Настоящие эмбриональные клетки имеют идентичный состав ДНК, а эти, «вторично-эмбриональные»,— уже разный. Изменения в ДНК происходят в зависимости от направления дифференциации клетки и далее закрепляются навсегда. Потому каждая «вторично-эмбриональная» клетка как бы «помнит», кем она была в ткани и кем ей должно стать, как только начнется регенерация, Вот тогда она примется искать свое место среди себе подобных, вступать заново в контакты с соседями — заработает, наконец, общий «план» строения утраченного органа, и произойдет «чудо» — утерянное, казалось бы, навсегда, начнет развиваться заново.
Давно известно, что культя конечности у ряда позвоночных отрастает сама собой, превращается в нормальный орган, но — только у ранних головастиков лягушек, тритонов и аксолотлей. Этого ценного качества уже нет у поздних головастиков лягушек, у ящериц (не путайте конечность с хвостом), а также у мышей. Однако вот что поразительно — метод Л. В. Полежаева позволяет и у них превратить бесформенную культю в нормальную лапку! Каким-то образом он затрагивает глубинные связи и механизмы в организме, затрагивает и приводит в
действие. Минул не один год, пока исследователю удалось осознать полученные результаты и доказать свою правоту. После десятилетий экспериментов Л. В. Полежаев пришел к открытию (диплом № 144 от 1974 года): «...Способность к репаративной регенерации конечностей у позвоночных закономерно утрачивается
в онто- и филогенезе... и восстанавливается при усилении разрушения и дедифференцировки». Специалистам эти лаконичные строчки говорят о многом. В сущности речь идет о фантастических перспективах практической медицины —отращивании заново почти любого утраченного или плохо работающего органа.
Это ещё не новая голова,
но...
Американец Томас Морган, еще до того, как стать «основоположником вейсманизма-морганизма» в генетике, в 1901 году провел классификацию всех способов регенерации в живой природе. Способов оказалось только два.
У низших животных, например, гидры, планарии, инфузории, целый организм мог целиком вырасти,
восстановиться из отрезанной части без размножения клеток, путем простого перераспределения функций у клеток имеющихся. Этот способ получил название «морфаллаксис». Высшие животные должны решать обратную задачу — отрезанную часть надо чем-то заменить. О регенерации, которая здесь бывает, мы уже рассказали.
Восстановление утраченного органа происходит за счет бурного размножения клеток по краю ранки. Именно так отращивает новую лапку тритон. Способ этот называется, «эпиморфоз». Но оказалось, что существует еще один, не известный во времена Моргана путь регенерации — индукция. Ее обнаружил в своих исследованиях Л. В. Полежаев. Как и эпиморфоз, она возможна в тканях высших животных, но механизм здесь более сложный. Тут уже для регенерации ткани необходимо, по словам ученого, «действие некоторого химического фактора на способный к реакции (компетентный) материал».
Попробуем разобраться, что это означает в реальности.
Инфаркт миокарда бывает не только у человека, но и у других млекопитающих, причем у кроликов, например, его можно вызвать искусственно. Это очень удобно, поскольку позволяет ученым-медикам в нужное время и в нужном количестве иметь «соответствующих пациентов». Разумеется, такие «инфарктники» лишены дара речи. Но он в данном случае не очень-то и нужен. Необходимые сведения исследователи получают при анализе экспериментов. И вот что они выяснили. До недавнего времени считалось, что мышца сердца после травмы никогда не восстанавливается, а очаги ее повреждения закрывают рубцы. Рубец — естествен-
ная реакция организма, направленнная на затягивание раны,— мешает полному восстановлению ткани, ее истинной регенерации. Обычные средства, останавливающие рубцевание (пирогенал и другие), здесь неэффективны. Первое время они, конечно, оказывают свое действие: в очагах повреждения рубец не образуется и вырастают новые мышечные волокна. Но, увы, они очень недолговечны: через пару месяцев их целиком поглощает новый рубец. В процессе поисков удалось подобрать специальные средства, способные достаточно долго стимулировать регенеративную способность клеток сердечной мышцы (кардиомиоцитов). Индукторы — так называются подобные «лекарства» — запускали механизм массового синтеза ДНК в ядрах кардиомиоцитов, затем начиналось деление самих клеток и, как следствие, шел рост мышечных волокон.
И вот здесь-то выяснилась поразительная вещь: индуктором, запускающим регенерацию, могут быть не только чужеродные мышечные клетки, но и свой собственные! После инфаркта миокарда в пораженном очаге сердечной мышцы их вполне хватает. Надо только не дать им покрыться рубцом, а заставить распадать-
ся. Тогда иммунная реакция организма на продукты этого распада каким-то образом стимулирует появление на месте мертвых клеток не рубца, а нормальных и здоровых кардиомиоцитов. Более того, химические средства, которые ускоряли распад мертвых клеток, одновременно приводили к улучшению работы сердца,
связанному с частичным восстановлением сердечной мышцы. Одно из таких средств — препарат метацрогерол — зарекомендовал себя просто блестяще. Правда, поначалу подтверждали это только кролики. Наконец, после долгих испытаний, было получено «добро» на проверку в шести ведущих кардиологических клиниках Москвы. В результате препарат метапрогерол в 1983 году был защищен авторским свидетельством как изобретение, и его рекомендовали к широкому внедрению в медицину.Но, как это часто бывает в науке, одно открытие повлекло за собой другое. Эффект индукции, обнаруженный Л. В. Полежаевым, дал в руки нейрохирургов совершенно новое средство лечения. Речь идет о регенерации костной ткани, в частности, костей черепа. Разумеется, предварительно ученые провели множество опытов на мышах, крысах, кроликах и собаках и полностью подтвердили такую возможность. В основном тут использовался «метод деструкции». Костную ткань разрушали до состояния опилок, которые затем помещали на место раны в черепе. Всего за неделю опилки растворялись, из них выделялись особые вещества белковой природы, стимулирующие развитие новообразованной кости, причем практически в ста процентах , случаев.
И тогда руководство Института нейрохирургии имени Н, Н. Бурденко АМН поставило перед группой Л. В. Полежаева задачу добиться такого же эффекта при лечении людей. Там ежедневно шли, и по сей день идут, операции, в которых у пострадавших удалялись куски свода черепа, а их место закрывали пластинами из
тантала, оргстекла и других материалов. Метод индукции позволял подойти к решению этой проблемы иначе, ведь он открывал возможность регенерации собственной костной ткани у человека. Врач-хирург В. Д. Куница успешно воспользовался им при проведении более двухсот пятидесяти операций на людях в клиниках города Новомосковска и других городов страны. В результате метод В. Полежаева был рекомендован к внедрению.
«Пейте, дети, молоко —будете здоровы»
Процессы регенерации оказались поистине уникальным объектом исследовая. Ее дремлющие силы в организме не так уж легко подавить. Это ярко проявляется у низших позвоночных, особенно у аксолотля (личинка одной из фибий), который легко отращивает новую лапку взамен отрезанной. Но у людей далеко не всегда способность к регенерации бывает на благо. Это прекрасно известно врачам-онкологам, которые борются с вредной регенерацией, выражающейся в безудержном росте опухолевой ткани. Интересно, что, демонстрируя случаи регенерации, природа не делает большого различия между человеком и аксолотлем (и другими низшими позвоночными): и тот, и другой имеют очень сходный материал для роста ткани — каждый раз им оказываются клетки, лишенные какой-либо специализации в организме (то есть дедифференцирован-
е).Клетки — родоначальники будущей раковой опухоли у человека или новой конечности у амфибии — имеют «нормальных родителей», но под действием некоторого внешнего или внутреннего фактора лишаются «социальных ориентиров» и начинают жить и размножаться, ни с кем не считаясь, как бы на ровном пустом месте, где нет ни соседей, ни родственников, ни законов, ни правил.
Остудить излишний энтузиазм тех и других можно одним из проверенных способов — радиацией. Ею лечат рак у людей, точно так же подавляют генерацию у лабораторных животных, в данном случае у аксолотлей. Излучение здесь просто уничтожает или сильно травмирует неспециализированные клетки в очаге их сосредоточения. Однако потенциал регенерации в организме настолько высок, что, скажем, доза
три с половиной тысячи рентген мала для аксолотля и взамен отрезанной все равно вырастает новая лапка. Чтобы полностью остановить этот процесс, требуется вдвое большее облучение. Но даже после такого мощного воздействия провоцирующего незатухающие рентгеновские язвы, склонные перерождаться в
раковые опухоли) сохраняются немалые шансы для полного восстановления генеративных возможностей организма (увы, пока речь все о тех же аксолотлях),
Если в остаток лапки-культи ввести шприцем некое инородное тело, то оно одно само по себе как бы дезавуирует «отменит» все предшествующее радиационное облучение, и новая лапка отрастет вновь как ни в чем не бывало.
Каким должно быть это чужеродное тело? Опыты дают исчерпывающий ответ: хороши гомогенаты (однородные растворы) из свежих, замороженных, убитых кусочков тканей самого аксолотля, а также крыс и кроликов. Неплохо показали себя в этом качестве ядра клеток печени, препараты с РНК и ДНК. Лучше всего
сыграл роль «чужака» кислый белок, выделяемый из обычного молока. Все эти препараты как бы излечивали организм облученного (и обреченного) аксолотля от полученной им огромной дозы радиации и восстанавливали его способности к генерации.
Роль индуктора сводится, по-видимому, к включению неких генетических механизмов, переводящих
облученные клетки из полуживого и пассивного стояния в неспециализированное и активное, дающее начало новому росту утраченного органа.
Надо ли объяснять, насколько важны полученные результаты для практической медицины. Хотя, разумеется, исследования в этой области далеко не окончены.
Исцеление болезни души?
Если говорить точно, то исследования, связанные с регенерацией, вряд ли будут когда-нибудь завершены окончательно. Слишком необозримая это область. Вот еще одна сфера медицины, где феномен регенерации был бы важен до чрезвычайности,— мозг и его болезни. По современным представлениям, возрастное
слабоумие, шизофрения, маниакально-депрессивный психоз и другие нервно-психические заболевания связаны с нарушениями в клетках мозга, вызываемыми дистрофией нейронов. Все болезни души, таким образом, возникают из-за дегенерации мозговых нервных клеток. И вопрос исцеления душевнобольных
связан с возможностью или невозможностью возобновления жизнедеятельности нейронов.
Известно, что простая травма любой ткани, приводящая часть клеток к гибели, омолаживает продуктами их распада саму ткань и стимулирует ее регенерацию. Для мозга такие случаи не наблюдались. Но был опробован уже другой путь — индукция. Весь вопрос теперь сводился к тому, чтобы подобрать нужные индукторы биологического происхождения, появление которых в мозге пробудило бы регенеративные процессы. Такие индукторы удалось найти. Одним из них оказался гомогенат ткани мозга, естественно, чужого. Эксперименты проводились на лабораторных животных, и результаты убедительно показали: чужеродный индуктор явно спровоцировал массовое деление нервных клеток. Опыты повторили на «душевнобольных» крысах — предварительно у них специально вызывали дистрофию нейронов в
мозге. И дистрофия исчезала — крысы выздоравливали. Однако лучшим индуктором показала себя эмбриональная нервная ткань. Ее получали от другого животного в стадии, когда оно было еще зародышем, Её вживляли кусочки в мозг больного зверька. Процесс происходит без отторжения и рассасывания, чего никогда не бывает при трансплантации ткани от взрослого. Эмбриональные присадки действуют на нейроны мозга вдвойне положительно.
Во-первых, нейроны присадки устанавливают свои новые синаптические связи с нейронами мозга, как бы естественно встраиваясь в его структуру и принимая на себя исполнение каких-то нужных, но, может быть, уже не исполняемых клетками мозга хозяина функций. Во-вторых, они выделяют еще и ряд биологически активных веществ. Это белки, пептиды, РНК, которые уже сами по себе стимулируют возобновление почти утраченных способностей нейронов-дистрофиков. И эти последние постепенно избавляются от дистрофии, возвращаются в нормальное состояние, приобретают здоровый вид. Становится нормальным и
поведение животных.
Опыты по излечению мозга лабораторных животных путем трансплантации эмбриональной нервной ткани выполнены М. Софроньевым, О. Изаксоном и А. Бьерклундом в 1986 году. Потом были и первые попытки прямого излечения людей, больных шизофренией. Успешные работы в данном направлении сделаны
чехословацкими исследователями И. Колариком, П. Надворником, К. Табаркой и М. Дворжаком в 1988 году.
И уже с уверенностью можно сказать: исследования по регенерации открывают перспективы лечения некоторых тяжелых нейродегенеративных заболеваний мозга у людей. Это та цель, к которой следует идти, и к ней явно ведут исследования Льва Владимировича Полежаева, его учеников и последователей. •
|Читать