Группа ученых из Университета Уэйк-Форест, Университета Дьюка и Висконсинского университета в Мадисоне идентифицировала набор генов, отвечающих за восстановление тканей у различных биологических видов. В ходе исследования, результаты которого опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, специалисты сравнили механизмы регенерации у мексиканских аксолотлей, рыб данио-рерио и лабораторных мышей. Обнаруженные закономерности могут стать основой для разработки методов регенеративной терапии конечностей у людей.
Ежегодно в мире фиксируется более миллиона случаев ампутаций, вызванных сосудистыми осложнениями при диабете, травмами, инфекциями и онкологическими заболеваниями. Согласно данным глобального исследования бремени болезней, число таких пациентов будет расти на фоне старения населения. Традиционные методы реабилитации предполагают использование протезов, однако научное сообщество нацелено на поиск способов биологического восстановления утраченных функций, чувствительности и естественной подвижности тканей.
В центре внимания исследователей оказалась группа генов, известных как SP-гены. Ученые установили, что в процессе регенерации эпидермиса у всех трех изученных видов активируются гены SP6 и SP8. Выбор объектов исследования был обусловлен их характерными биологическими особенностями: аксолотли способны полностью восстанавливать конечности и фрагменты внутренних органов, данио-рерио регенерируют плавники, а мыши могут восстанавливать кончики пальцев. Главная особенность этой работы – одновременное изучение механизмов регенерации у трех разных организмов для поиска универсальных генетических программ.
Экспериментальная часть исследования включала применение технологии редактирования генома CRISPR. Исследователи удалили ген SP8 из генома аксолотля, после чего животные утратили способность правильно восстанавливать костную структуру конечностей. Схожие нарушения наблюдались и у мышей при отсутствии генов SP6 и SP8 в поврежденных тканях. Эти данные позволили биологам подтвердить, что SP-гены управляют ключевыми сигналами, запускающими рост тканей.
На основе полученных выводов была протестирована экспериментальная вирусная терапия. Ученые использовали сигнальную молекулу FGF8, активация которой в норме зависит от работы гена SP8. Введение этой молекулы мышам способствовало росту костной ткани и позволило частично вернуть утраченные регенеративные способности. По словам авторов работы, это служит доказательством того, что управление генетическими программами может заменить естественные процессы восстановления в тех случаях, когда они не срабатывают самостоятельно.
Несмотря на полученные результаты, ученые подчеркивают, что работа находится на ранней стадии. Перенос данных, полученных на мышах и амфибиях, в клиническую практику потребует длительных дополнительных испытаний. Тем не менее идентификация универсальных генетических механизмов рассматривается как фундаментальный шаг. Биологи отмечают, что решение проблемы восстановления человеческих конечностей в будущем потребует междисциплинарного подхода, сочетающего генную терапию, использование биоинженерных каркасов и стволовых клеток.
