Vypěstujte si novou ruku, tajemství regenerace

Regenerace: co se o ní ví

První informace o regeneraci se k nám dostávají v dětství – s pohádkami o příšerách, ve kterých na místě useknutých hlav vyrůstají nové, někdy i vícenásobné. Toto je had Gorynych z ruských pohádek a četní dévy a další zlí duchové. Aby to hrdina porazil, musí místo amputace hlav buď vypálit rozžhaveným železem, nebo nalít mrtvou vodu nebo posypat popelem či vlhkou zeminou (možností je mnoho).

Ve starověkých mýtech jsou také regenerující postavy. Například Lernaean Hydra. Mocného Herkula omrzelo usekávat jí hlavy – rostly a rostly mílovými kroky. Bez pomocníka by Iolaus, který se zavázal poleptávat místa řezů hořícími značkami, nezvládl dát napít, protože divokých hlav přibývalo a přibývalo.

Ale titán Prometheus, potrestaný bohy za sdílení božského ohně se smrtelníky, schopnost regenerace způsobila mnoho utrpení. Jak je známo z mýtů, Prométheus byl přikován k vysoké skále. A každý den k němu přilétal Orel, vyslanec Dia, aby kloval do jater nešťastného titána. Nemohl zemřít, protože byl obdařen nesmrtelností. A zřejmě i mimořádná schopnost regenerace, protože přes noc vymlácená játra znovu narostla, aby měl Orel ráno z čeho těžit. Takže chudák trpěl, až ho jednoho dne navštívil stejný Herkules. Mocný hrdina vytrhl ze skály prsteny, které držely titána, kopl Orla a postiženého osvobodil. Je vidět, že Herkules se specializoval na složité případy s regeneračními jevy.

Metody obnovy ze sci-fi filmů a knih, kdy je nová ruka nebo oko „vytištěno“ na biotiskárně nebo vypěstováno v autoklávu z několika pacientských buněk a poté zakořeněno na svém oprávněném místě, nelze považovat za regeneraci, protože je to bližší na protetiku. V nejlepším případě – s předponou „bio-„. Ale častěji „kyber“.

Skutečná regenerace, navržená a realizovaná přírodou, probíhá jinými způsoby.

Jak se mohou končetiny regenerovat?

Je známo, že se nejlépe regenerují nižší organismy. To samé hydry například nebo červi. Pokud takového tvora rozdělíte na části, z každé může vyrůst celý organismus: zbrusu nová malá hydra nebo plochý červ. Nebo známá žížala, která se také vzpamatuje ve dvojnásobném množství, náhodně nasekaná lopatou, když v zemi kopáte brambory.

Tato forma regenerace se nazývá morfalaxe. Co je ztraceno, je obnoveno díky tomu, že zbývající buňky změní svou specializaci. Proto se velikost organismu zmenšuje, ale obnovují se všechny jeho funkce.

U vyvinutějších tvorů se to děje jinak – u obojživelníků, ryb atd. U nich ztracená část doroste, zatímco zbytek těla se velikostí nemění. K zotavení dochází díky tomu, že se v místě amputace tvoří velké množství nediferencovaných (tedy nespecializovaných na funkce) kmenových buněk. Tyto buňky se začnou aktivně množit, diferencovat (tedy získávat „profese“) a vyrůstá z nich nová tlapka, ploutev nebo ocas, které nahradí tu ztracenou v boji o existenci. Tento proces se nazývá epimorfóza.

Vyšší organismy, mezi které patří savci včetně vás a mě, se vyznačují pouze omezenou regenerací – kompenzační hypertrofií. V tomto případě může dojít k obnovení objemu orgánových tkání v důsledku zvětšení objemu nebo počtu buněk, extracelulárních struktur atd. Takto se obnovují například játra a myokard.

Proč jsou mechanismy regenerace tak odlišné?

Všechno je to o genech

Podívejme se, co přesně určuje, jak budou ztracené tkáně obnoveny v organismech v různých fázích evoluce. A v první řadě nás zajímá epimorfóza, protože právě ta umožňuje růst nových končetin a orgánů, a to je to, co zajímá regenerativní medicínu.

Vezměme si končetinu, ať už lidskou nebo zvířecí. Každá ruka nebo tlapka se skládá z buněk různých specializací: kosti – z osteocytů, svaly – z myocytů, nervová vlákna – z neuronů. To vše pokrývají buňky tukové tkáně a epidermis, sestávající z keratinocytů. Specializace všech těchto buněk jsou získávány ve fázi embryonálního vývoje a jsou zaznamenány v jejich genetickém profilu. K obnovení ztracené končetiny je nutné, aby se objevilo velké množství buněk, které by mohly znovu získat tu či onu specializaci a zaujmout své místo ve „stavbě“. Takové vlastnosti mají pouze „mladé“ kmenové buňky.

Tedy: u nižších ryb, obojživelníků, částečně i plazů vzniká v místě amputace tzv. blastema – objem energicky se množících nezralých buněk, které pak získávají specializaci a tvoří všechny potřebné tkáně a struktury.

A u vyšších živočichů a lidí nevzniká blastém, ale vazivová tkáň, která pokrývá místo poškození jizvou (jizvou).

Takhle. Nebo chytré, nebo s rostoucími končetinami. Ale možná se s tím dá něco dělat? Nevyměnit mozek za novou ruku, ale nějak obelstít buňky a přimět je, aby se chovaly tak, jak by se chovaly u žáby nebo ještěrky?

Je možná lidská regenerace?

Studium procesů vyskytujících se v blastému ukázalo, že hlavní rozdíly začínají krátce po amputaci, kdy se krvácení již zastavilo a povrch rány se začal uzavírat pojivovou tkání.

S epimorfózou v této fázi začíná proces histolýzy – dopad na buňky speciálními enzymy, které způsobují, že se buňky ve vývoji „vrací“ do stádia nediferenciace. To znamená, že dochází k transformaci běžných buněk na buňky kmenové, pro následnou respecializaci.

Vědci doufají, že pokud dojde ke spuštění správné kombinace genů, je možné (alespoň teoreticky) donutit procesy hojení pahýlu k transformaci na procesy regenerační, tedy vyvolat tvorbu kmenových buněk s jejich následnou diferenciací na tkáň buňky, které je třeba obnovit. Ale zatím je to jen hypotéza.

Kromě toho ještě není jasné, jak přimět buňky, aby se seřadily ve správném pořadí, „v souladu s designem“ paže nebo nohy. K tomu bude zřejmě nutné zasahovat do tak jemných procesů na molekulární úrovni, že to zatím není možné. Maximálně, čeho je člověk schopen, je znovu dorůst amputované terminální falangy prstu, a to i jen v případě, že nedošlo k poškození nehtové ploténky. Mimochodem, otisk prstu nebude obnoven, jak ukázala praxe. Dalším postřehem je, že u dětí je schopnost regenerace výrazně vyšší.

Ale to znamená, že stále existuje naděje. Jednou se ještě naučíme pěstovat nové končetiny a orgány, ale zatím je lepší je neohrožovat a chránit je před zraněním.

Ale o rostoucích zubech, které nahrazují ztracené, si přečtěte v samostatném článku: „Jak narůst nové zuby: sny a realita.“