Oamenii de știință care studiază axolotlii, peștii zebra și șoarecii au descoperit un set comun de gene care ar putea ajuta într-o zi cercetătorii să dezvolte terapii pentru regenerarea membrelor umane.
Descoperirile, publicate în Proceedings of the National Academy of Sciences, indică o posibilă nouă direcție pentru medicina regenerativă și terapia genică.
"Această cercetare semnificativă a reunit trei laboratoare, care au lucrat cu trei organisme pentru a compara regenerarea", a declarat profesorul asistent de biologie Wake Forest, Josh Currie, al cărui laborator studiază salamandra mexicană axolotl. "Ne-a arătat că există programe genetice universale, unificatoare, care conduc regenerarea în tipuri foarte diferite de organisme, salamandre, pești zebra și șoareci."
Proiectul a inclus, de asemenea, chirurgul plastician de la Universitatea Duke, David A. Brown, care studiază regenerarea degetelor la șoareci, și Kenneth D. Poss de la Universitatea din Wisconsin-Madison, a cărui cercetare se concentrează pe regenerarea aripioarelor la peștii zebra.
**Gene Comune de Regenerare în Diverse Specii**
În întreaga lume, peste 1 milion de amputări au loc în fiecare an din cauza bolilor vasculare legate de diabet, a leziunilor traumatice, a infecțiilor și a cancerului, potrivit statisticilor Global Burden of Disease. Cercetătorii se așteaptă ca acest număr să crească pe măsură ce populația îmbătrânește și diabetul devine mai frecvent.
De ani de zile, oamenii de știință au căutat modalități de a depăși membrele protetice și de a găsi tratamente capabile să restabilească mișcarea naturală, senzația și funcția. Acest nou studiu sugerează că un grup de gene cunoscute sub numele de gene SP ar putea juca un rol central în acest efort.
Cercetătorii au selectat axolotlii, peștii zebra și șoarecii deoarece fiecare specie oferă perspective unice asupra regenerării. Axolotlii sunt faimoși pentru capacitatea lor extraordinară de a regenera membre întregi, împreună cu cozi, țesutul măduvei spinării și părți ale organelor, inclusiv inima, creierul, plămânii, ficatul și maxilarul. Peștii zebra sunt un alt model puternic de regenerare, deoarece pot regenera în mod repetat aripioarele codale deteriorate. De asemenea, sunt capabili să repare inima, creierul, măduva spinării, rinichii, retinele și pancreasul. Șoarecii au fost incluși deoarece, ca și oamenii, sunt mamifere. Șoarecii pot regenera vârfurile degetelor, iar oamenii pot uneori să regenereze vârfurile degetelor dacă patul unghial rămâne intact după leziune, permițând regenerarea pielii, a cărnii și a oaselor.
Currie a declarat că echipa a descoperit că epiderma în regenerare, sau țesutul pielii, la toate cele trei specii a activat două gene numite SP6 și SP8. Cercetătorii au început apoi să investigheze exact modul în care aceste gene contribuie la regenerare.
Studentul la doctorat în biologie Tim Curtis Jr. a participat la lucrare în laboratorul lui Currie, împreună cu studenta Elena Singer-Freeman, Goldwater Scholar și absolventă Wake Forest 2025 în biochimie și biologie moleculară.
**Experimentele CRISPR Dezvăluie Rolul Cheie în Regenerarea Membrelor**
Cercetătorii au descoperit că SP8 este deosebit de importantă pentru regenerarea membrelor la salamandre. Folosind tehnologia de editare genetică CRISPR, echipa lui Currie a eliminat SP8 din genomul axolotlului. Fără genă, axolotlii nu au putut regenera corect oasele membrelor. Oamenii de știință au observat probleme similare la șoareci atunci când SP6 și SP8 lipseau din degetele în regenerare.
Folosind aceste descoperiri, laboratorul lui Brown a proiectat o terapie genică virală bazată pe un amplificator de regenerare a țesuturilor identificat anterior la peștii zebra. Terapia a livrat o moleculă de semnalizare numită FGF8, care este activată în mod normal de SP8. La șoareci, tratamentul a încurajat regenerarea osoasă în degetele deteriorate și a restabilit parțial unele abilități regenerative pierdute atunci când genele SP au fost absente.
Membrele umane nu se pot regenera în mod natural așa cum o fac membrele salamandrelor, dar cercetătorii cred că terapiile viitoare ar putea imita potențial unele dintre mecanismele biologice controlate de genele SP.
"Putem folosi acest lucru ca un fel de dovadă a principiului că am putea fi capabili să livrăm terapii pentru a înlocui acest stil regenerativ de epidermă în creșterea țesutului la oameni", a explicat Currie.
**Construirea Spre Viitoarea Regenerare a Membrelor Umane**
Cercetătorii avertizează că lucrarea este încă într-o fază incipientă și vor fi necesare mult mai multe studii înainte ca descoperirile la șoareci să poată fi traduse în terapii pentru oameni. Chiar și așa, Currie a descris cercetarea ca o fundație importantă pentru viitoarele tratamente regenerative.
"Oamenii de știință urmăresc multe soluții pentru înlocuirea membrelor, inclusiv schele bioinginerizate și terapii cu celule stem", a explicat Currie. "Abordarea terapiei genice din acest studiu este o nouă cale care poate completa și potențial augmenta ceea ce va fi cu siguranță o soluție multidisciplinară pentru a regenera într-o zi membrele umane."
Currie a subliniat, de asemenea, importanța colaborării dintre oamenii de știință care lucrează cu animale și sisteme biologice foarte diferite.
"De multe ori, oamenii de știință lucrează în silozurile lor: lucrăm doar cu axolotl, sau lucrăm doar cu șoarece, sau lucrăm doar cu pește", a spus Currie. "O caracteristică remarcabilă a acestei cercetări este că lucrăm cu toate aceste organisme diferite. Acest lucru este cu adevărat puternic și sper că vom vedea mai mult din asta în domeniu."