Участок регенерации в печени что это
Регенерация печени – это несложно!
Результаты недавно проведенного исследования указывают на то, что регенерация печени происходит не под действием факторов транскрипции, как считалось, а благодаря активации обычного деления клеток.
Печень является одним из немногих органов, способных восстанавливать первоначальный размер даже при сохранении всего лишь 25% нормальной ткани. Механизмы, лежащие в основе регенерации ее ткани, изучены не до конца. Полученные ранее результаты указывали на то, что клетки, обеспечивающие регенерацию тканей, ведут себя подобно клеткам развивающегося эмбриона.
Многие белки, участвующие в регенерации органов, известны, и ученые активно изучают возможности их стимуляции для восстановления утраченных органов. Исследователи Гарвардской медицинской школы, работающие под руководством доцента Сета Карпа (Seth Karp), сконцентрировали свое внимание на поиске белков, участвующих в регенерации печени, восстановление которой спасло бы жизни многих пациентов с неоперабельными из-за большого объема опухолями печени.
С помощью ДНК-микрочипов и специального программного обеспечения авторы проанализировали активность генов в клетках регенерирующей печени взрослых мышей (которым предварительно удаляли две трети органа) и развивающейся печени мышиных эмбрионов, находящихся на разных этапах развития.
К удивлению ученых оказалось, что совпадают только несколько белков, участвующих в процессах эмбриональной и взрослой регенерации. Факторы транскрипции – белки, влияющие на содержащуюся в ядрах клеток ДНК, – высокоактивны только при регенерации эмбриональной печени, а стимулирующие деление клеток белки активны как в развивающейся, так и в регенерирующей печени.
Таким образом, регенерирующая печень ведет себя не как развивающийся эмбриональный орган, а увеличивается в размерах за счет обычной пролиферации клеток. Манипуляции c факторами транскрипции гораздо сложнее, чем изменение активности других белков, и полученные результаты указывают на то, что, стимулировать регенерацию печени – реальная задача.
В ближайшем будущем ученые планируют заняться идентификацией клеток, обеспечивающих регенерацию печени. Известно, что восстановление многих органов и тканей происходит за счет взрослых стволовых клеток, однако в случае печени в процесс вполне могут быть вовлечены обычные гепатоциты.
Статья Hasan H. Otu et al. «Restoration of Liver Mass after Injury Requires Proliferative and Not Embryonic Transcriptional Patterns» опубликована в Journal of Biological Chemistry от 13 апреля 2007 года.
NAME] => URL исходной статьи [
Ссылка на публикацию: Cbio
Код вставки на сайт
Регенерация печени – это несложно!
Результаты недавно проведенного исследования указывают на то, что регенерация печени происходит не под действием факторов транскрипции, как считалось, а благодаря активации обычного деления клеток.
Печень является одним из немногих органов, способных восстанавливать первоначальный размер даже при сохранении всего лишь 25% нормальной ткани. Механизмы, лежащие в основе регенерации ее ткани, изучены не до конца. Полученные ранее результаты указывали на то, что клетки, обеспечивающие регенерацию тканей, ведут себя подобно клеткам развивающегося эмбриона.
Многие белки, участвующие в регенерации органов, известны, и ученые активно изучают возможности их стимуляции для восстановления утраченных органов. Исследователи Гарвардской медицинской школы, работающие под руководством доцента Сета Карпа (Seth Karp), сконцентрировали свое внимание на поиске белков, участвующих в регенерации печени, восстановление которой спасло бы жизни многих пациентов с неоперабельными из-за большого объема опухолями печени.
С помощью ДНК-микрочипов и специального программного обеспечения авторы проанализировали активность генов в клетках регенерирующей печени взрослых мышей (которым предварительно удаляли две трети органа) и развивающейся печени мышиных эмбрионов, находящихся на разных этапах развития.
К удивлению ученых оказалось, что совпадают только несколько белков, участвующих в процессах эмбриональной и взрослой регенерации. Факторы транскрипции – белки, влияющие на содержащуюся в ядрах клеток ДНК, – высокоактивны только при регенерации эмбриональной печени, а стимулирующие деление клеток белки активны как в развивающейся, так и в регенерирующей печени.
Таким образом, регенерирующая печень ведет себя не как развивающийся эмбриональный орган, а увеличивается в размерах за счет обычной пролиферации клеток. Манипуляции c факторами транскрипции гораздо сложнее, чем изменение активности других белков, и полученные результаты указывают на то, что, стимулировать регенерацию печени – реальная задача.
В ближайшем будущем ученые планируют заняться идентификацией клеток, обеспечивающих регенерацию печени. Известно, что восстановление многих органов и тканей происходит за счет взрослых стволовых клеток, однако в случае печени в процесс вполне могут быть вовлечены обычные гепатоциты.
Статья Hasan H. Otu et al. «Restoration of Liver Mass after Injury Requires Proliferative and Not Embryonic Transcriptional Patterns» опубликована в Journal of Biological Chemistry от 13 апреля 2007 года.
Участок регенерации в печени что это
а) Терминология:
1. Аббревиатуры:
• Диспластический узел (ДУ)
• Регенераторный узел (РУ)
2. Синонимы:
• Цирротический узел
3. Определения:
• Ограниченная пролиферация паренхимы печени на фоне цирроза, возникающая в ответ на ее повреждение:
о При прогрессировании возникают изменения диспластического характера или происходит озлокачествление
1. Общая характеристика:
• Лучший диагностический критерий:
о РУ: множественные мелкие узелки в цирротически измененной печени, гипоинтенсивные на Т2 ВИ и GRE
о ДУ: обнаруживаются в меньшем количестве, имеют меньший размер; гиперинтенсивны на Т1 ВИ и гипоинтенсивны на Т2 ВИ
• Локализация:
о Равномерное распределение во всех отделах печени
• Размер:
о Размер регенераторных узлов обычно не превышает двух сантиметров:
— Поперечный размер диспластических узлов 2-4 см
• Морфология:
о РУ: множественные:
— ДУ: немногочисленные или единичные
о Округлые, четко отграниченные
2. Рекомендации по визуализации:
• Лучший метод диагностики:
о МРТ
• Выбор протокола:
о Т1 и Т2 ВИ; Т1 ВИ с контрастным усилением для оценки васкуляризации
о Препараты гадоксетовой кислоты (Eovist, Primovist) или гадо-беновой кислоты для дифференциальной диагностики узлов в печени:
— РУ и ДУ ожидаемо накапливают и удерживают контрастное вещество в отсроченной фазе
— Узлы ГЦР не накапливают и не удерживают контрастное вещество:
Диспластические узлы (высокой степени дисплазии) также могут не накапливать и не удерживать контраст
В некоторых случаях ГЦР показывает неравномерный («географический», «пятнистый») характер накопления контраста
(Слева) На Т1 ВИ МР томограмме у мужчины 50 лет, страдающего циррозом печени, определяется гиперинтенсивное объемное образование округлой формы, с четкими краями, с «выпадением» сигнала на Т1 ВИ GRE в «противофазе» (томограммы не продемонстрированы).
(Справа) На Т2 ВИ МР томограмме у этого же пациента образование выглядит гипоинтенсивным, что типично для диспластического узла и не характерно для гепатоцеллюлярного рака (ГЦР). 
(Слева) На Т1 ВИ МР томограмме в поздней артериальной фазе (этот же пациент) определяется минимальная васкуляризация (контрастное усиление) образования.
(Справа) Т1 ВИ МР томограмме в венозной фазе (этот же пациент) визуализируется образование (диспластический узел), гипоинтенсивное по сравнению с паренхимой печени; низкая интенсивность сигнала, скорее всего, обусловлена повышенным контрастным усилением печени, чем «вымыванием» контраста из узла. 
(Слева) На сонограмме у этого же пациента визуализируется гипоэхогенный узел; под контролем УЗИ была выполнена его биопсия. Несмотря на то, что при МР-исследовании определяются изменения, типичные для диспластического узла, важным моментом является подтверждение природы образования путем его биопсии под контролем УЗИ. При исследовании биоптата были обнаружены диспластические изменения без признаков ГЦР.
(Справа) На фотографии микропрепарата диспластического узла высокой степени дисплазии визуализируется непарная артериола. Определяется также дуктуляр-ная реакция (внутри и по периферии желчных протоков).
3. КТ признаки регенераторных и диспластических узлов:
• КТ без контрастного усиления:
о Большинство регенераторных узлов достоверно не определяются на КТ или MPT (Т1 ВИ)
о Мелкие узелки изоденсны паренхимы печени, вследствие чего их невозможно обнаружить
о Регенераторные узлы могут выглядеть более плотными по сравнению с окружающей их паренхимой печени:
— Вследствие повышенного содержания железа или гликогена
— Или за счет наличия «гало», обусловленного гиподенсными участками фиброза, окружающими узлы
• КТ с контрастным усилением:
о Регенераторные узлы накапливают контраст несколько хуже по сравнению с тканью печени:
— В результате чего они становятся неразличимыми, «исчезают»
о Диспластические узлы изо- или гиперденсны в артериальную фазу:
— Большинство из них не являются гиперваскулярными
— Избыточная васкуляризация является признаком, подозрительным на ГЦР
(Слева) На аксиальной Т1 ВИ МР томограмме с контрастным усилением у женщины 67 года, страдающей циррозом, определяются типичные для цирроза изменения: узлы в печени, а также расширение фиссур. Не очень отчетливо визуализируются множественные, мелкие регенераторные узелки.
(Справа) На аксиальной Т2 ВИ МР томограмме у этой же пациентки лучше видны цирротические узелки, внешний вид которых (гипоинтенсивные очаги субсантиметрового диапазона) типичен для доброкачественных регенераторных узлов. 
(Слева) На аксиальной Т1 ВИ МР томограмме у этой же пациентки в латеральном сегменте определяется гиперинтенсивное образование с четкими контурами, которое было верифицировано как диспластический узел.
(Справа) На другой аксиальной Т1 ВИ МР томограмме у этой пациентки определяется гипоин-тенсивный очаг в шестом сегменте печени — верифицированный ГЦР. 
(Слева) На аксиальной Т2 ВИ МР томограмме (эта же пациентка) визуализируется диспластический узел, относительно гипоинтенсивный, что является характерной чертой узловых изменений этого типа.
(Справа) На другой аксиальной Т2 ВИ МР томограмме у этой же пациентки визуализируется относительно гиперинтенсивный узел ГЦР (повышение интенсивности сигнала типично для злокачественного узла или объемного образования).
4. МРТ признаки регенераторных и диспластических узлов:
• Т1 ВИ:
о Регенераторные узлы:
— Характеризуются вариабельной интенсивностью сигнала
— Обычно изоинтенсивны по отношению к паренхиме печени (вследствие чего не визуализируются)
о Диспластические узлы:
— Сигнальные характеристики вариабельны
— Обычно изо- или гиперинтенсивны по отношению к печени
• Т2 ВИ:
о Регенераторные узлы:
— Низкая интенсивность сигнала по сравнению с печенью (из-за содержания железа)
— Узлы высокой степени дисплазии могут быть немного более гиперинтенсивными по сравнению с печенью
о Повышение интенсивности сигнала коррелируете высокой степенью дедифференцировки и подозрительно на ГЦР
• T2*GRE:
о РУ: снижение интенсивности сигнала по отношению к печени:
— Увеличение размеров вследствие эффекта повышения чувствительности, обусловленного железом
• DWI:
о Для РУ и ДУ низкой степени дисплазии нетипично ограничение диффузии (узлы не «светятся»)
о ДУ высокой степени дисплазии и ГЦР обычно «светятся» на DWI
• Т1 ВИ с контрастным усилением:
о РУ:
— Изоинтенсивны печени (не обнаруживаются) либо слегка гипоинтенсивны
о ДУ:
— Вариабельно гиперинтенсивны по отношению к печени:
Увеличение васкуляризации подозрительно на злокачественную трансформацию диспластического узла
• На МРТ сдимеглюмина гадобенатом или препаратами гадоксетовой кислоты регенераторные и диспластические узлы интенсивно накапливают и удерживают контрастное вещество:
о Что означает наличие функционирующих гепатоцитов
о И свидетельствует о доброкачественности изменений (РУ):
— В диспластических узлах высокой степени дисплазии и ГЦР нет функционирующих гепатоцитов, экскреция желчи отсутствует:
Вследствие чего накопления контраста не происходит (узлы гипоинтенсивны в отсроченную фазу)
5. УЗИ признаки регенераторных и диспластических узлов:
• Узлы могут выглядеть гипо-, изо- или гиперэхогенными:
о Большинство регенераторнных и диспластических узлов не очевидны на УЗИ
(Слева) На аксиальной Т1 ВИ МР томограмме в артериальной фазе определяется минимальное накопление контраста диспластическим узлом, что ха рактерно для узловых изменений этого типа.
(Справа) На другой Т1 ВИ МР томограмме в артериальную фазу у этой же пациентки определяется типичное неравномерное накопление контраста узлом ГЦР. 
(Слева) На аксиальной Т1 ВИ МР томограмме в отсроченной фазе контрастного усиления (с использованием гепатобил парного контраста) определяется накопление и длительное удержание препарата гадоксетовой кислоты (Еоvist) диспластическим узлом и большей частью регенераторных узлов.
(Справа) На другой Т1 ВИ МР томограмме в отсроченную фазу (эта же пациентка) накопление контраста в узле ГЦР не определяется. 
(Слева) На аксиальной диффузионно-взвешенной томограмме (эта же пациентка) не определяется рестрикции диффузии в диспластическом узле (узел выглядит «темным»).
(Справа) На другой диффузионно взвешенной томограмме (эта же пациентка) определяется рестрикция диффузии в узле ГЦР (узел выглядит «ярким»), что типично для злокачественных новообразований.
в) Дифференциальная диагностика регенераторных и диспластических узлов печени:
1. Гепатоцеллюлярный рак:
• Плотность ГЦР ниже по сравнению с плотностью печени при нативной КТ и при КТ в отсроченную фазу контрастного усиления
• Узлы ГЦР неравномерно гиперваскулярны в артериальную фазу; «вымывание» контраста в венозную и отсроченную фазу является характерным признаком гепатоцеллюлярного рака
• Для ГЦР типичен вариабельно гипоинтенсивный сигнал на Т1 ВИ, гиперинтенсивный на Т2 ВИ; опухоль «светится» на DWI
• Размер обычно превышает 20 мм
• Другие характерные признаки: неоднородная структура, множественность поражения, наличие капсулы, прорастание в вены
2. Нодулярная регенераторная гиперплазия:
• Диффузная мелкоузловая трансформация паренхимы печени без фиброзных септ между узлами
• Обнаруживается в цирротически не измененной печени
• Очаговая форма: «крупные регенераторные узлы»:
о Отдельная нозологическая (патологическая) форма, а не просто цирротические регенераторные узлы, имеющие размер больше обычного
о Ассоциирована с (в порядке уменьшения частоты): синдромом Бадда-Киари, врожденными заболеваниями сердца, другими состояниями
• Узлы обычно гиперинтенсивны на Т1 ВИ и изо- или гипоинтенсивны на 12 ВИ
• Возможно появление «кольца» или «гало» на МРТ с контрастным усилением
• На КТ и МРТ с контрастным усилением узлы интенсивно накапливают контраст, в венозную фазу повышение плотности сохраняется
• Узлы обычно множественные, имеют размер 1,5-5 см
(Слева) На аксиальной КТ без контрастного усиления у женщины 78 лет, страдающей хроническим гепатитом С, в латеральном сегменте печени определяется образование, состоящее из двух различных компонентов: жировой плотности (слева), и мягкотканной плотности (справа).
(Справа) На аксиальной Т1 ВИ МР томограмме с жироподавлением у этой же пациентки определяется, что мягкотканный компонент (справа) относительно гиперинтенсивен, что типично для диспластического узла. Интенсивность сигнала от левой части образования снижается при использовании программы жиро-подавления, что типично для опухолей, содержащих жир, и подозрительно на ГЦР. 
(Слева) На аксиальной Т2 В И МР томограмме у этой же пациентки определяется снижение интенсивности сигнала от диспластического узла и гиперинтенсивный сигнал от ГЦР. Эти изменения являются примером ГЦР, развившегося внутри диспластического узла (и иллюстрируют картину «узла в узле»).
(Справа) На аксиальной МР томограмме (opposed-phase GRE) у этой же пациентки определяется подавление сигнала от участка ГЦР, содержащего жир, и гипоинтенсивный сигнал от диспластического узла. 
(Слева) Микропрепарат: гепатоцеллюлярный узел с признаками дисплазии высокой степени выраженности, при этом инфильтрация нормальной паренхимы печени по периферии узла указывает на ГЦР ранней стадии. Инвазия стромы является ключевым моментом в дифференциальной диагностике ГЦР на ранней стадии и диспластических узлов высокой степени дисплазии.
(Справа) Микропрепарат: гепатоцеллюлярный узел с признаками дисплазии высокой степени определяется инфильтрация портального тракта и фиброзной перегородки на периферии узла, что является диагностическим признаком ГЦР на ранней стадии.
1. Общая характеристика:
• Ассоциированные патологические изменения:
о Цирроз печени
• Регенераторные узлы являются доброкачественными, некоторые могут прогрессировать и становиться диспластическими
• Диспластические узлы высокой степени дисплазии представляют собой предопухолевые изменения, однако процесс их злокачественной трансформации протекает достаточно медленно
2. Стадирование, градация и классификация регенераторных и диспластических узлов печени:
• Регенераторные узлы подразделяются на малые (меньше 3 мм) и большие (3 мм и больше)
• Диспластические узлы классифицируются в зависимости от степени выраженности дисплазии (низкая или высокая)
3. Макроскопические и хирургические особенности:
• Регенераторные узлы:
о Функция гепатоцитов в регенераторных узлах не нарушена, клетки Купфера имеют нормальную плотность
о Имеют округлую форму, четкие контуры, размер большинства узлов не превышает 2 см
о Множественные, с диффузным распределением по всей печени
• Диспластические узлы:
о Для ДУ высокой степени дисплазии характерна преимущественно артериальная перфузия вследствие ангиогенеза
о По мере дедифференцировки функция гепатоцитов снижается, уменьшается плотность клеток Купфера
• Перфузия регенераторных узлов и диспластических узлов низкой степени дисплазии преимущественно портальная
• В узлах отсутствуют некротические изменения, кровоизлияния, признаки локальной инвазии
4. Микроскопия:
• Ограниченная пролиферация гепатоцитов и стромы, окруженных фиброзными перегородками
• Дифференциальная диагностика регенераторных и диспластических узлов затруднительна даже на микроскопическом уровне
• Регенераторные узлы:
о Нормальная васкуляризация, интактная ретикулярная «сеть» о Сохранная архитектоника гепатоцитов
о Отсутствие митотической активности
о Увеличение числа гепатоцитов с двумя и большим количеством ядер
• Диспластические узлы:
о Нарушение архитектоники
о Атипия, сгруппированность ядер
о ДУ низкой степени дисплазии напоминают регенераторные узлы и представляют сложность в плане дифференциальной диагностики
о ДУ высокой степени дисплазии напоминают высокодифференцированный ГЦР
д) Клинические особенности:
1. Проявления:
• Другие признаки/симптомы:
о Проявления цирроза и портальной гипертензии:
— Увеличение живота, желтуха, асцит, варикозное расширение вен и др.
2. Демография:
• Возраст:
о Взрослые люди
• Пол:
о Половая предрасположенность отсутствует:
— Алкогольный цирроз печени чаще встречается у мужчин
3. Течение и прогноз:
• Уровень трансформации диспластических узлов в ГЦР относительно невысокий
• Ведение и лечение пациентов с диспластическими узлами в печени не должно быть таким же, как и у пациентов с новообразованиями
• По мере увеличения размера узла возрастает вероятность диспластических изменений высокой степени выраженности или озлокачествления:
о Высокая степень дисплазии крайне нехарактерна для узлов размером меньше 2 см
е) Диагностическая памятка:
2. Необходимо отразить в заключении:
• Параметры плотности и интенсивности узлов в цирротически измененной печени во всех фазах контрастного усиления:
о Также необходимо оценить васкуляризацию узлов и «вымывание» контраста
ж) Список использованной литературы:
1. Rich N et al: Hepatocellular carcinoma tumour markers: current role and expectations. Best Pract Res Clin Gastroenterol. 28(5):843-53, 2014
2. Ronot M et al: Hepatocellular carcinoma: diagnostic criteria by imaging techniques. Best Pract Res Clin Gastroenterol. 28(5):795-812, 2014
3. Bartolozzi C et al: Contrast-enhanced magnetic resonance imaging of 102 nodules in cirrhosis: correlation with histological findings on explanted livers. Abdom Imaging. 38(2):290-6, 2013
4. Quaia E et al: Predictors of dysplastic nodule diagnosis in patients with liver cirrhosis on unenhanced and gadobenate dimeglumine-enhanced MRI with dynamic and hepatobiliary phase. AJR Am J Roentgenol. 200(3):553-62, 2013
5. Giorgio A et al: Characterization of dysplastic nodules, early hepatocellular carcinoma and progressed hepatocellular carcinoma in cirrhosis with contrast-enhanced ultrasound. Anticancer Res. 31(11):3977-82, 2011
6. Lee JM et al: Hepatocellular nodules in liver cirrhosis: MR evaluation. Abdom Imaging. 36(3):282-9, 2011
7. Ouedraogo NA et al: Dysplastic hepatic nodules: radiological abnormalities and histopathological correlations. Eur J Radiol. 79(2):232-6, 2011
8. Chou CT et al: Characterization of cirrhotic nodules with gadoxetic acidenhanced magnetic resonance imaging: the efficacy of hepatocyte-phase imaging. J Magn Reson Imaging. 32(4):895-902, 2010
9. Hanna RF et al: Cirrhosis-associated hepatocellular nodules: correlation of histopathologic and MR imaging features. Radiographics. 28(3):747-69, 2008
Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 23.2.2020
«Резервный» механизм восстановления печени
«Резервный» механизм восстановления печени
Слева — ладонь здорового человека; справа — ладонь человека, больного желтухой.
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «био/мол/текст»: Быстрая утомляемость, потеря аппетита, тошнота, пожелтение кожных покровов и даже частые головные боли — все эти симптомы могут быть косвенными свидетельствами патологий печени. Несмотря на высокую способность клеток печени к восстановлению, в некоторых тяжелых случаях они просто не справляются с болезнью. Новое исследование команды ученых из Центра регенеративной медицины в Эдинбурге, Массачусетского технологического института и Сколковского института науки и технологий показывает, как с помощью блокирования основного пути восстановления клеток печени удалось открыть резервных «ремонтников».
Конкурс «био/мол/текст»-2017
Эта работа заняла первое место в номинации «Биомедицина сегодня и завтра» конкурса «био/мол/текст»-2017.
Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Спонсором приза зрительских симпатий и партнером номинации «Биомедицина сегодня и завтра» выступила фирма «Инвитро».
Открытие, предсказанное мифами: регенерация у рептилий
Способность организмов к регенерации, то есть восстановлению структуры и функций органов, является одной из важных загадок медицины, которую человек давно пытается разгадать. Наблюдения за животным миром позволили сформулировать следующую закономерность: чем проще устроено животное, тем легче ему восстановить утраченные органы. И если дождевой червь способен «достроить» половину собственного тела, а ящерица — отрастить новый хвост, то у человека способности к регенерации представлены в более узком диапазоне [1], [2].
Сказочных существ, способных отрастить себе новую голову или хвост, довольно много. Но и Лернейская гидра (рис. 1), и горгона Медуза, и даже Змей Горыныч имеют вполне реального «родственника» — тритона. Этот представитель хвостатых амфибий считается одним из древнейших видов фауны на Земле. Тритоны успешно восстанавливают не только хвост и лапы, но даже поврежденные сердце и спинной мозг. Однако амфибии — далеко не единственные существа, которым доступна функция «саморемонта». Например, рыбок данио рерио используют не только в аквариумистике, но и для изучения регенерации тканей сердца. А первым животным, благодаря которому появился термин «регенерация», стал речной рак. Изучением восстановления утраченных ног у раков занимался французский ученый Рене Реомюр, предложивший новый термин еще в 1712 году.
Рисунок 1. «Сражение Геракла с Лернейской гидрой» Антонио дель Поллайоло (1475 г.).
Неудивительно, что ученым хочется понять, почему ящерица, например, может восстановить утерянный хвост, а человек отрастить новую руку не может. Изучение структуры и состава тканей сразу после потери ящерицей хвоста позволило обнаружить модель регенерации у рептилий. В период заживления базальные клетки эпидермиса активно делятся, постепенно «закрывая» собой рану. Дополнительная агрегация делящихся клеток на дистальном конце позвоночника способствует разрастанию бластемы — скоплению неспециализированных клеток. В этот момент запускаются процессы образования новых кровеносных сосудов, а следом — и новых периферических аксонов. Наиболее поздно в дело вступают новообразования костной ткани и мышц. Однако точный механизм регенерации хвоста у ящериц не изучен до конца. Недавнее исследование Университета штата Аризона и Института геномных исследований позволило обнаружить молекулы микро-РНК, способствующие регенерации мышц, хрящей и позвоночника [3]. Возможно, эта работа позволит разработать методы лечения, основанные на управлении экспрессией генов с помощью микро-РНК.
Открытие, сделанное случайно: регенерация у мышей
Но как обстоят дела с возможностями регенерации на уровне целых органов у более высокоорганизованных, чем ящерицы, организмов? Еще недавно ученые были уверены, что млекопитающие не способны восстанавливать утраченные органы. Но это убеждение пошатнуло открытие, сделанное в лаборатории иммунолога Эллен Хебер-Кац из исследовательского центра в Филадельфии. Там проводили различные эксперименты на особых «пациентах» — генетически модифицированных мышах линии Murphy Roth Large (MRL). Такие особи отличались от обычных тем, что у них не работали Т-клетки иммунной системы. Однажды доктор Хебер-Кац дала своему лаборанту несложное задание: пометить выбранных для очередного эксперимента мышей, сделав у них небольшие двухмиллиметровые отверстия в ушах. Через несколько недель выяснилось, что дырочек в ушах подопытных нет. Структура кровеносных сосудов, хрящей, тканей выглядела неповрежденной. Однако лаборант заверил доктора, что задача по «мечению» мышей была своевременно выполнена. После повторения эксперимента с ушной раковиной эффект был таким же: уже через четыре недели на «проколотых» участках ушей образовалась бластема (рис. 2) [4]. Следующим «опытным» объектом стал хвост — и вновь удалось продемонстрировать частичную регенерацию тканей. Однако восстановительные способности MRL мышей не безграничны: например, вырастить новую лапку такая мышь, увы, не смогла. Причина заключается в различном расположении и количестве кровеносных сосудов в органах и тканях животного. Без прижигания мышь просто погибнет от большой потери крови — задолго до запуска регенерационных процессов. А прижигание на месте ампутированной конечности исключает появление бластемы.
Рисунок 2. Этапы восстановления ткани уха у обычной лабораторной мыши (снизу) и трансформированной линии MRL (сверху).
В результате серии наблюдений за трансгенными мышами удалось показать, что секрет их успеха — в определенном белке. Так, у мышей линии MRL заблокирована экспрессия гена, кодирующего белок р21 (ингибитор циклинзависимой киназы 1А), который регулирует процесс нормального деления клеток. Подавление активности этого гена у нормальных мышей показывает аналогичную способность к регенерации повреждений [5]. Но проводить подобные манипуляции следует с большой аккуратностью: «отключение» гена р21 может привести к нарушению нормального размножения клеток, что способно привести к катастрофическому делению всех клеток тела.
Повседневная реальность: возможности регенерации у человека
А как обстоят дела с регенерацией у людей? Даже без «выключения» гена, кодирующего белок р21, организм человека может восстанавливать некоторые органы. Например, кожу, чья регенерирующая способность привычна для нас так же, как и воздух. Самый большой по площади орган нашего тела постоянно обновляет собственную структуру за счет омертвения и отторжения клеток эпидермиса с последующей заменой их новыми клетками. Сходным образом происходит процесс восстановления других эпителиальных тканей — например, слизистых оболочек дыхательных путей, а также желудка и кишечника. На втором месте в иерархии регенерирующих способностей находится костная ткань. Известно, что переломы довольно успешно заживляются в течение определенного периода неподвижности.
А среди внутренних органов заслуженным лидером по регенерации является печень. Легенда о титане Прометее, у которого всего за одну ночь выклеванная печень вырастала вновь (рис. 3), имеет в себе рациональное зерно.
Рисунок 3. «Прикованный Прометей». Скульптура Никола-Себастьяна Адама, 1762 г. (Лувр).
Действительно, печень обладает уникальным свойством восстанавливаться до своего первоначального объема, даже если разрушено более 70% печеночной ткани. Подобный процесс происходит за счет работы клеток печени — гепатоцитов. Эти клетки играют ключевую роль в модификации и выводе из организма токсичных веществ. В здоровом органе, не тронутом патологическими процессами, эти клетки обычно находятся в состоянии покоя. Но при необходимости восстановления целостности органа, например, после частичной резекции (удаления части органа), почти все гепатоциты активируются и приступают к делению. Причем делятся они 1–2 раза, а затем снова возвращаются в покоящееся состояние. Это свойство лежит в основе лечения некоторых заболеваний, например, цирроза печени или гепатита, когда пациенту пересаживают часть здоровой печени от донора. Однако такие манипуляции могут привести к ряду проблем со здоровьем, в том числе расширению вен пищевода и желудка, почечной недостаточности и желтухе. Более того, появление в печени пациента быстро делящихся клеток донора может привести к возникновению ракового заболевания. Справиться же своими силами при прогрессирующей болезни гепатоциты уже не могут, ведь к делению способны лишь здоровые клетки, которых в организме больного остается все меньше и меньше.
Получается, что, несмотря на мощный регенеративный потенциал, восстановительные способности печени имеют предел. В случаях, когда патологический процесс заходит слишком далеко, эффект от работы гепатоцитов оказывается недостаточным. Например, когда здоровая печень поражается в результате токсических или вирусных воздействий, что провоцирует разрастание соединительной ткани (фиброз). Существуют ли другие способы восстановления структуры этого жизненно важного органа без участия гепатоцитов? На этот вопрос позволяет ответить совместное исследование команды ученых из Эдинбургского университета, Массачусетского технологического института и Сколковского института науки и технологий [6].
Перспективная реальность: ускоренная регенерация печени
Для изучения процессов регенерации печени использовали трансгенных мышей линии tdTomato (tdTom). Эта линия модифицирована красными флуоресцентными белками, что позволяет визуализировать клетки печени [7]. Однако поиск других «спасательных» клеток осложняет то, что гепатоциты в пораженном организме продолжают работать. Для идентификации «не-гепатоцитов» исследователи использовали технологию нокдауна генов у мышей. Эффект нокдауна заключается в том, что позволяет временно снижать активность конкретных генов, не внося изменения в структуру хромосом и последовательность ДНК. Для «выключения» генов, ответственных за деление и миграцию гепатоцитов, создали особые липидные наночастицы с короткими интерферирующими РНК (siRNA) [8], [9]. С их помощью удалось заблокировать экспрессию необходимых генов.
Снижение пролиферации гепатоцитов за счет «выключения» интересующих ученых генов проводили на двух моделях. В первом случае временно блокировали ген ITGB1, который кодирует β1-интегрин. Вторая модель — одновременное блокирование β1-интегрина и стимуляция избыточной экспрессии белка р21. Обе модели обладали сходным эффектом, однако их механизмы отличались: β1-интегрин вызывает некроз гепатоцитов, а избыточная экспрессия р21 подавляет их пролиферацию.
Рисунок 4. Регенерация печени с помощью клеток желчных протоков (выделены белым цветом).
Подобная «блокада» основных функциональных клеток печени привела к необычному эффекту: при выключении главного механизма регенерации запускался резервный способ с участием клеток желчных протоков. Так, потеря β1-интегрина и повышение уровня белка р21 привели к значительному увеличению численности гепатоцитов, полученных из холангиоцитов. Эти эпителиальные клетки внутрипеченочных желчных протоков составляют всего 2–3% от общей популяции, однако дальнейшие наблюдения показали, что именно они способны «перепрограммироваться» и превращаться в гепатоциты, тем самым восстанавливая печень (рис. 4). Более того, холангиоциты показали лучшую, чем гепатоциты, способность к делению. Ранее обнаружили, что они близки к овальным клеткам печени — своеобразным «стволовым» агентам данного органа [10].
Для того чтобы отследить регенеративные способности холангиоцитов, использовали три независимых пути:
Для изучения регенерации печени за счет не-гепатоцитов по всем трем путям визуализировали отдельные участки печени. Оказалось, что за счет холангиоцитов восстанавливается примерно 20–30% гепатоцитов, причем малые пролиферативные гепатоциты идентифицировали уже с 7 дня, а к 14 дню регенерации их количество значительно увеличивалось (рис. 4–6).
Рисунок 5. Динамика восстановления печеночной ткани с помощью холангиоцитов (на примере модели холестатической болезни печени). Звездочками показаны некротические области; стрелками обозначены области с клеточным инфильтратом.
Рисунок 6. Клетки печени мыши, трансформированной по гену ITGB1 (14 день регенерации). Визуализация с помощью красных флуоресцентных белков. 1 — стрелками показаны инвазивные клетки; 2 — пунктиром обведена область регенеративного узла.
Получается, что в печени существует резервный механизм регенерации: трансформация клеток желчных протоков в функциональные гепатоциты при блокировании β1-интегрина. Возможно, в организме существуют и другие гены-мишени, «выключение» которых стабилизирует процессы, связанные с развитием фиброза и дальнейшего цирроза печени. Ученым еще предстоит раскрыть механизмы сигналов, побуждающих желчные клетки запускать процессы «перепрограммирования». Однако результаты исследования уже сегодня открывают новое направление клеточной регенеративной медицины: разработку препаратов, стимулирующих холангиоциты. Возможно, в будущем медицина избавится от необходимости проводить сложные и дорогостоящие операции по пересадке печени. Взамен этого распространится более доступная технология: «включение» сигналов о необходимости регенерации, когда с помощью наиболее активных холангиоцитов будут запускаться процессы активного деления клеток печени.