Et mysterium om regenerering af lemmer løst

Salamandere har en misundelsesværdig evne til at gro vedhæng, der er amputeret eller såret; de genskaber alle knogler, muskler, hud, blodkar og nerver i den nye kropsdel ​​så dygtigt, at det er svært at sige, at det nogensinde har manglet. På grund af denne evne har salamandere været populære emner for forskere, der studerer regenerering - og forsøger at lære, hvordan menneskelige celler kan lokkes til at udføre den samme bedrift.

Tilbage igen : Schwann-celler er vist her i en salamander-lem. Når lemmen voksede igen efter at være blevet amputeret, var det kun disse celler, der var viklet rundt om nervefibre; andre celletyper blev ikke til Schwann-celler.

I salamandere kommer nyt væv fra en tumorlignende masse af celler, der dannes på skadestedet, kaldet blastema. Indtil nu troede de fleste videnskabsmænd, at blastemet indeholdt en population af stamceller, der var blevet pluripotente - i stand til at give anledning til alt det nødvendige væv. Men et nyt papir i journalen Natur beviser, at dette ikke er tilfældet. I stedet skaber stamceller involveret i regenerering kun celler af det væv, de kom fra. Fundet tyder på, at regenerering ikke kræver, at celler omprogrammerer sig selv så dramatisk, som forskerne havde antaget.

Elly Tanaka , ledende videnskabsmand i undersøgelsen ved Center for Regenerative Therapies i Dresden, Tyskland, siger, at mange mennesker havde indtryk af, at disse blastemaceller alle var ens. Tanakas laboratorium havde endda tidligere vist, at en enkelt muskelfiber kunne give anledning til flere typer celler i et regenereret lem. Men tidligere undersøgelser, siger hun, var afhængige af ufuldkomne metoder til at spore celler, såsom at bruge fluorescerende farvestoffer, der kan være lækket ud til andre celler.

I den seneste undersøgelse brugte Tanakas team en ny metode til at spore skæbnen for celler fra forskellige væv i en type salamander kaldet axolotl. Forskerne skabte først transgene axolotler, der bar grønt fluorescerende protein (GFP) i hele deres kroppe. Da dyrene stadig var embryoner, fjernede forskerne et stykke væv fra lemregionen på de transgene dyr og transplanterede vævet til det samme sted i ikke-transgene axolotler. Transplantationerne blev inkorporeret i den voksende krop som normale celler, og da transplantationsmodtagernes lem derefter blev klippet over, kunne forskerne spore de fluorescerende cellers skæbne, efterhånden som lemmet voksede igen.

Forskerne brugte denne metode til at spore skæbnen for celler i den indre og ydre hud, muskler og brusk samt Schwann-celler, som isolerer nervefibre. De fandt ud af, at i modsætning til tidligere beviser bliver muskelceller på amputationsstedet kun til muskelceller i det nye lem. Andre celletyper holdt sig også til deres tidligere identiteter; den eneste undtagelse, siger Tanaka, er, at celler i de indre lag af hud og brusk ser ud til at være i stand til at forvandle sig til hinanden. Men for det meste, siger hun, er blastemet ikke en homogen masse af celler, men en blanding af stam- eller progenitorceller fra forskellige væv, der forbliver adskilte under hele processen.

Cellespecifik : Dette billede viser et udsnit af regenereret salamander-lem. Fluorescerende mærkede Schwann-celler (grønne) er viklet omkring nerver (røde). Der er ingen fluorescens fundet i de andre celler (blå), hvilket viser, at Schwann-celler ikke bliver til andre celletyper under regenerering.

Forskerne fandt også ud af, at nogle celler husker ikke kun deres identitet, men også deres position i kroppen. Bruskceller husker for eksempel, om de skal danne en overarm, underarm eller hånd, mens Schwann-celler simpelthen migrerer overalt, hvor de er nødvendige.

Tanaka siger, at opdagelsen vil fremprovokere et stort skift i tænkningen om kravene til regenerering. Ved at forklare, hvorfor salamandere kan vokse lemmer igen, og mennesker ikke kan, siger hun, var hypotesen, at det er fordi salamandere kraftigt kan ændre cellernes identitet. Men faktisk mister deres celler aldrig rigtig deres identitet; i stedet ser de ud til at bruge vævsspecifikke stamceller, der er i stand til at generere en bestemt del af det nye lem. Tanaka påpeger, at mennesker også har vævsspecifikke stamceller, der erstatter forskellige slags væv. Måske laver salamandere ikke noget meget mere kompliceret, end hvad menneskelige stamceller ville gøre, siger hun. At lokke menneskelige celler til at regenerere kræver måske ikke trin så drastiske som at gøre celler pluripotente.

Alejandro Sánchez Alvarado , en videnskabsmand, der studerer regenerering ved University of Utah School of Medicine, siger, at denne metode til at tatovere de transplanterede celler genetisk er en ny teknik inden for regenereringsområdet. Tanaka mener, at tidligere undersøgelser kan have vildledt forskere ved at bruge ufuldkomne sporingsmetoder såsom farvestoffer ved at dyrke celler før transplantation og muligvis ændre dem, eller ved at tillade forskellige celletyper at kontaminere prøver.

Sánchezal også siger, at ideen om, at blastemas indeholdt flere forskellige celletyper, var en minoritetshypotese, og at denne undersøgelse viser, at denne hypotese viser sig at være korrekt. Han advarer om, at forskere nu skal afgøre, om dette fænomen er det samme hos voksne axolotler og salamandere, som er en primær modelorganisme for regenereringsstudier. Men hvis den samme mekanisme viser sig at ligge til grund for andre tilfælde af regenerering, ville det ændre, hvad videnskabsmænd mener, der kræves for at genskabe kropsdele, Sánchezsays. Men det efterlader et stort spørgsmål ubesvaret: hvis mennesker allerede har vævsspecifikke stamceller, hvad er så egentlig forskellen mellem vores celler og salamandernes celler?

skjule