Исследование, финансируемое Национальным институтом здоровья США и опубликованное 10 августа в журнале Nature Communications, посвящено необычной способности ящериц восстанавливать хрящ, который заменяет кость в качестве основной структурной ткани в регенерированных хвостах после их потери.

По данным Центра по контролю и профилактике заболеваний США, это открытие может помочь исследователям, изучающим способы восстановления хрящевой ткани, поврежденной остеоартритом у людей — дегенеративным и изнурительным заболеванием, которым страдают около 32,5 млн. взрослых жителей США. В настоящее время не существует лекарства от остеоартрита.

Ящерицы обладают поистине магической способностью к регенерации хряща, поскольку они могут регенерировать большое количество хряща, и он не переходит в кость, — сказал автор исследования Томас Лозито (Thomas Lozito), доцент кафедры ортопедической хирургии и биологии стволовых клеток и регенеративной медицины Медицинской школы Кека при Университете Южной Калифорнии.

Ящерицы — одни из единственных высших позвоночных, способных восстанавливать хрящ, который не окостеневает, и ближайшие родственники млекопитающих, способные регенерировать придаток с несколькими типами тканей, включая хрящ. Человек, напротив, не может восстановить поврежденный хрящ после достижения им зрелого возраста.

Лозито пояснил, что понимание того, как организмы, обладающие сверхспособностями к регенерации, восстанавливают ткани, может помочь исследователям найти способы воссоздать эти процессы у млекопитающих.

Мечта — найти способ перенести этот процесс на человека, поскольку он не способен восстанавливать хрящи, — сказал Лозито.

Это важный шаг, поскольку нам необходимо детально изучить этот процесс, прежде чем мы сможем попытаться воссоздать его у млекопитающих.

Идентифицированы ключевые клетки

Первый автор работы Ариэль Вонк (Ariel Vonk), аспирант лаборатории Лозито, и исследовательская группа определили, что клетки, называемые фибробластами, которые помогают строить ткани, являются ключевым типом клеток, которые строят хрящ в регенерированном хвосте ящерицы, скелет которой почти полностью состоит из хряща. В исследовании описаны изменения в активности генов, происходящие в определенных клетках фибробластов, которые обеспечивают строительство хряща.

Они также обнаружили, что иммунные клетки типа септокластов играют важную роль в подавлении фиброза, или рубцевания, позволяя процессу регенерации происходить.

Эти два типа клеток, работая вместе, заложили основу для начала процесса регенерации, — сказал Лозито, отметив, что основное различие между людьми и ящерицами заключается в том, что человеческие ткани склонны к рубцеванию, а рубцевание препятствует регенерации тканей.

Одним из будущих направлений исследований, по словам Лозито, является использование секвенирования одноклеточной РНК для более точного описания молекулярных механизмов, останавливающих рубцевание у ящериц, с тем чтобы попытаться воссоздать этот процесс у млекопитающих.

Регенерация хряща в конечностях ящериц

Учитывая полученные сведения о типах клеток и молекулярных процессах, команда провела эксперименты, чтобы определить, можно ли воссоздать процесс восстановления хряща в конечностях ящериц, которые, в отличие от хвостов, не восстанавливаются после потери.

Они извлекли септокласты из хвостов ящериц и имплантировали их в конечности, в которых не хватало прорегенеративных иммунных клеток, ответственных за предотвращение рубцевания. Им удалось успешно вызвать образование хряща в конечности ящерицы, воссоздав сигнальную среду, подобную хвосту.

Лозито добавил, что они надеются проверить, смогут ли они вызвать формирование хряща у млекопитающих, начиная с мышей, используя методы, которые они применяли в своих экспериментах на конечностях ящериц.