Ученые вернули лягушке утраченную конечность

Шпорцевая лягушка Xenopus laevis хорошо подходит на роль организма для моделирования регенеративных процессов. Как и у человека, у лягушки малы пул плюрипотентных стволовых клеток и скорость восстановления ткани, а регенеративный потенциал снижается с возрастом. Авторы новой работы, опубликованной в Science Advances, сумели добиться почти полной регенерации ампутированной конечности у лягушки с помощью обработки специальными препаратами. На восстановление конечности ушло 18 месяцев.

После удаления конечности ученые надевали лягушкам на место ампутации устройство BioDom — носимый биореактор, разработанный для экспериментов по регенерации, и оставляли его на 24 часа. BioDom представляет собой многокомпонентный «рукав» с резервуаром, заполненным коктейлем действующих веществ. Строение биореактора представлено на иллюстрации к одной из предыдущих статей этих же авторов. В новой работе роль носителя веществ играет гидрогель на основе шелка. Именно из гидрогеля препараты диффундируют в окружающие ткани. В состав коктейля вошли пять компонентов, стимулирующих регенерацию: ретиноевая кислота, гормон роста, нейротрофический фактор мозга (BDNF), резолвин D5 и кислота 1,4-DPCA. С помощью этих веществ ученые запустили эндогенные морфогенетические каскады, которые не требуют дальнейшего вмешательства человека.

В течение 18 месяцев у подопытных лягушек шли процессы восстановления конечности: рост костей, восстановление мягких тканей и нервно-мышечных соединений. Гистологический анализ показал, что в регенерирующих конечностях присутствуют нервные ткани, гладкие мышцы с признаками интеграции сосудов, а также перестраивается внеклеточный матрикс. Транскриптомный анализ выявил активность сигнальных путей Wnt/β-катенин, TGF-β, Hedgehog и Notch. Все эти пути задействованы в эмбриональном развитии. На дистальных концах новых конечностей появились бескостные придатки, соответствующие пальцам. Более того, лягушки могли двигать отросшими конечностями так же, как и обычными.

Таким образом, ученым удалось добиться запуска восстановительных программ у животного с невысоким регенеративным потенциалом с помощью однократного непродолжительного воздействия коктейля определенных соединений, доставленных в составе гидрогеля с помощью биореактора. Потенциально эту стратегию можно использовать для разработки методов регенерации конечностей у других позвоночных.