Войти
Регенерация у людей - это повторный рост утраченных тканей или органов в ответ на травму. Это отличается от заживления ран или частичной регенерации, которая включает закрытие места повреждения с некоторой градацией рубцовой ткани. Некоторые ткани, такие как кожа, семявыносящий проток и крупные органы, включая печень, могут довольно легко вырасти, в то время как другие считались неспособными к регенерации после травмы или вообще не имели ее.
Многие ткани и органы были вынуждены регенерировать. Мочевые пузыри печатаются на 3D-принтере в лаборатории с 1999 года. Кожную ткань можно регенерировать как in vivo, так и in vitro. Другие органы и части тела, которые были закуплены для регенерации, включают: пенис, жиры, влагалище, ткань мозга, тимус и уменьшенное человеческое сердце. Текущие исследования направлены на то, чтобы вызвать полную регенерацию большего количества органов человека.
Существуют различные методы, которые могут вызвать регенерацию. К 2016 году регенерация ткани была вызвана и осуществлена наукой с использованием четырех основных методов: регенерация с помощью инструмента; регенерация материалами; регенерация с помощью лекарств и регенерация с помощью 3D-печати in vitro.
У людей с неповрежденными тканями ткань со временем регенерируется естественным путем; по умолчанию в этих тканях есть новые клетки для замены израсходованных клеток. Например, тело полностью восстанавливает кость в течение 10 лет, а неповрежденная кожная ткань восстанавливается в течение двух недель. На поврежденную ткань организм обычно реагирует иначе - эта экстренная реакция обычно включает формирование определенной степени рубцовой ткани в течение периода времени, более длительного, чем регенеративная реакция, что было доказано клинически и посредством наблюдений. Есть еще много исторических и тонких представлений о процессах регенерации. В случае полнослойных ран менее 2 мм регенерация обычно происходит до образования рубцов. В 2008 году при ранах полной толщины более 3 мм было обнаружено, что в рану необходимо было вставить материал, чтобы вызвать полную регенерацию ткани.
Некоторые органы и ткани человека регенерируются, а не просто рубцы, как результат травмы. К ним относятся печень, кончики пальцев и эндометрий. Теперь известно больше информации о пассивном замещении тканей в организме человека, а также о механизме стволовых клеток. Достижения в исследованиях сделали возможным индуцированную регенерацию гораздо большего числа тканей и органов, чем считалось возможным ранее. Целью этих методов является их использование в ближайшем будущем для восстановления любого типа тканей человеческого тела.
Регенерация человеческого уха с использованием каркаса К 2016 году регенерация была осуществлена и вызвана четырьмя основными методами: регенерация с помощью инструмента; регенерация материалами; регенерация при помощи 3d печати; и регенерация с помощью лекарств. К 2016 году регенерация с помощью инструментов, регенерация с помощью материалов и регенерирующих препаратов была в основном введена в действие in vivo (внутри живых тканей). В то время как к 2016 году регенерация с помощью 3D-печати была в основном реализована in vitro (внутри лаборатории) для создания и подготовки ткани к трансплантации.
Порез ножом или скальпелем обычно оставляет шрамы, хотя прокол иглой не оставляет шрамов. В 1976 году шрам размером 3 на 3 см у человека, не страдающего диабетом, был регенерирован инъекциями инсулина, и исследователи, подчеркнув более ранние исследования, утверждали, что инсулин регенерирует ткань. Неофициальные данные также подчеркнули, что шприц был одной из двух переменных, которые помогли восстановить рубец на руке. Шприц вводили в четыре квадранта трижды в день в течение восьмидесяти двух дней. Спустя восемьдесят два дня, после многих последовательных инъекций, рубец рассосался, и было отмечено, что человеческий глаз не заметил рубца. Через семь месяцев область снова осмотрели, и снова было отмечено, что шрама не видно.
В 1997 году было доказано, что раны, созданные инструментом, размером менее 2 мм могут зажить без шрамов, но большего размера. раны размером более 2 мм зажили рубцом.
В 2013 году на тканях свиньи было доказано, что микроколонки ткани полной толщины диаметром менее 0,5 мм можно удалить и что замещающая ткань является регенеративной ткань, а не рубец. Ткань удаляли по частям с удалением более 40% квадратной площади; и все частичные полные отверстия в квадратной области зажили без рубцов. В 2016 году этот метод фракционного моделирования был также доказан на человеческих тканях.
Обычно люди in vivo могут регенерировать поврежденные ткани на ограниченных расстояниях до 2 мм. Чем дальше раневая дистанция от 2 мм, тем больше потребуется стимуляции регенерации раны. К 2009 году за счет использования материалов максимальная индуцированная регенерация могла быть достигнута при разрыве ткани толщиной 1 см. Материал, перекрывая рану, позволял клеткам пересекать раневую щель; материал затем разложился. Эта технология была впервые использована внутри сломанной уретры в 1996 году. В 2012 году с использованием материалов была восстановлена полная уретра in vivo.
Поляризация макрофагов - это стратегия регенерации кожи. Макрофаги дифференцируются от циркулирующих моноцитов. Макрофаги проявляют ряд фенотипов, варьирующихся от M1, провоспалительного типа, до M2, прорегенеративного типа. Материальные гидрогели поляризуют маркрофаги в ключевой регенеративный фенотип M2 in vitro. В 2017 году гидрогели обеспечили полную регенерацию кожи с волосяными фолликулами после частичного иссечения рубцов у свиней и после разрезов ран на всю толщину у свиней.
В 2009 году регенерация полых органов и тканей с большим диффузионным расстоянием было немного сложнее. Следовательно, чтобы регенерировать полые органы и ткани с большим диффузионным расстоянием, ткань должна была быть регенерирована в лаборатории с использованием 3D-принтера.
Различные ткани, которые были регенерированы с помощью 3D-печати in vitro, включают :
| Уровень 1 | Уровень 2 | Уровень 3 | Уровень 4 |
|---|---|---|---|
| Кожа | Кровеносный сосуд | Мочевой пузырь | Сердце |
| Мышца | Печень | ||
| Ногти | Поджелудочная железа | ||
| Пенис |
При печати на тканях к 2012 году существовало четыре общепринятых стандартных уровня сложности регенерации, которые были признаны в различных академических учреждениях:
В 2012 году в течение 60 дней в лаборатории можно было вырастить ткань размером с половину почтовой марки до размера футбольного поля; и большинство типов клеток можно было бы выращивать и размножать вне тела, за исключением печени, нервов и поджелудочной железы, поскольку эти типы тканей нуждаются в популяциях стволовых клеток.
Липоатрофия это локальная потеря жира в тканях. Это обычное явление у диабетиков, которые используют обычные инъекции инсулина. В 1949 году было показано, что гораздо более чистая форма инсулина вместо того, чтобы вызывать липоатрофию, восстанавливает локальную потерю жира после инъекций диабетикам. В 1984 году было показано, что разные инъекции инсулина имеют разные регенеративные реакции в отношении образования кожного жира у одного и того же человека. На том же самом теле было показано, что обычные формы инъекций инсулина вызывают липоатрофию, а инъекции высокоочищенного инсулина вызывают липогипертрофию. В 1976 году было показано, что регенеративная реакция работает у людей, не страдающих диабетом, после того, как липоатрофический рубец на руке размером 3 x 3 см был обработан чистым монокомпонентным растворимым инсулином свиньи. Шприц вводил инсулин под кожу равномерно в четыре квадранта дефекта. Чтобы равномерно нанести четыре единицы инсулина в основание дефекта, каждый квадрант дефекта получал по одной единице инсулина три раза в день в течение восьмидесяти двух дней. После восьмидесяти двух дней последовательных инъекций дефект регенерировал в нормальную ткань.
В 2016 году ученые смогли преобразовать клетку кожи в любой другой тип ткани с помощью лекарств. Этот метод был отмечен как более безопасный, чем генетическое перепрограммирование, которое в 2016 году было проблемой с медицинской точки зрения. В этой технике используется смесь химикатов и обеспечивается эффективная регенерация на месте без какого-либо генетического программирования. В 2016 году появилась надежда, что однажды этот препарат будет использован для регенерации ткани в месте повреждения ткани.
Некроз кардиомиоцитов активирует воспалительный процесс. ответ, который служит для очистки поврежденного миокарда от мертвых клеток и стимулирует восстановление, но также может продлить повреждение. Исследования показывают, что типы клеток, участвующие в этом процессе, играют важную роль. А именно, макрофаги, происходящие из моноцитов, имеют тенденцию вызывать воспаление, подавляя регенерацию сердца, в то время как макрофаги, находящиеся в тканях, могут способствовать восстановлению структуры и функции ткани.
эндометрий после процесс разрушения во время менструального цикла, быстро реэпителизируется и регенерируется. Хотя ткани с непрерывной морфологией, такие как неповрежденные мягкие ткани, последовательно полностью регенерируют; эндометрий - единственная ткань человека, которая постоянно полностью регенерирует после нарушения и нарушения морфологии.
В мае 1932 года LH McKim опубликовал отчет в журнале Canadian Medical Association Journal, в котором говорилось, что описал регенерацию кончика пальца взрослого человека после ампутации. Домашний хирург в Монреальской больнице общего профиля перенес ампутацию дистальной фаланги, чтобы остановить распространение инфекции. Менее чем через месяц после операции рентгеновский анализ показал возобновление роста кости, в то время как макроскопическое наблюдение показало возобновление роста ногтей и кожи. Это один из самых ранних зарегистрированных примеров регенерации кончиков пальцев у взрослых людей.
Исследования 1970-х годов показали, что дети в возрасте до 10 лет, потерявшие кончики пальцев в результате несчастных случаев, могут снова отрастить кончик пальца внутри в месяц при условии, что их раны не закрыты кожными лоскутами - де-факто лечение в таких чрезвычайных ситуациях. Обычно у них не бывает отпечатка пальца, и если останется хоть какой-то кусок ногтя, он тоже отрастет, обычно квадратной формы, а не круглой.
В августе 2005 год. Ли Спиевак, которому тогда было чуть больше шестидесяти, случайно отрубил кончик своего среднего пальца правой руки чуть выше первой фаланги. Его брат, доктор Алан Спиевак, исследовал регенерацию и предоставил ему порошкообразный внеклеточный матрикс, разработанный доктором Стивеном Бадилаком из Института МакГоуэна из Регенеративной медицины. Г-н Спиевак покрыл рану порошком, и через четыре недели кончик его пальца снова вырос. Новость была опубликована в 2007 году. Бен Голдакр описал это как «потерянный палец, которого никогда не было», утверждая, что кончики пальцев снова отрастают, и процитировал Саймона Кея, профессора хирургии кисти из Университета Лидса, который, судя по фотографии, предоставленной Голдакром, описал случай как «обычную травму кончика пальца с весьма незначительным заживлением»
Аналогичная история была передана CNN. Женщина по имени Дипа Кулкарни потеряла кончик мизинца, и врачи сначала сказали ей, что ничего нельзя сделать. Ее личные исследования и консультации с несколькими специалистами, включая Бадилак, в конечном итоге привели к тому, что она прошла регенеративную терапию и вернула себе кончик пальца.
Регенеративная способность почек недавно была исследована.
Основной функциональной и структурной единицей почки является нефрон, который в основном состоит из четырех компонентов: клубочка, канальцев, собирательного канала и перитубулярных капилляров. Регенерационная способность почек млекопитающих ограничена по сравнению с почками низших позвоночных.
В почках млекопитающих хорошо известна регенерация канальцевого компонента после острого повреждения. Недавно также была задокументирована регенерация клубочка. После острого повреждения проксимальный каналец повреждается сильнее, и поврежденные эпителиальные клетки отслаиваются от базальной мембраны нефрона. Выжившие эпителиальные клетки, однако, претерпевают миграцию, дедифференцировку, пролиферацию и повторную дифференцировку, чтобы восполнить эпителиальную выстилку проксимального канальца после повреждения. Недавно было показано присутствие и участие стволовых клеток почек в регенерации канальцев. Однако в настоящее время возникает концепция стволовых клеток почек. В дополнение к выжившим эпителиальным клеткам канальцев и стволовым клеткам почек, стволовые клетки костного мозга также участвуют в регенерации проксимального канальца, однако механизмы остаются спорными. Недавно появились исследования, изучающие способность стволовых клеток костного мозга дифференцироваться в почечные клетки.
Известно, что, как и другие органы, почки полностью регенерируют у низших позвоночных, таких как рыбы. Некоторые из известных рыб, демонстрирующих замечательную способность к регенерации почек, - это золотые рыбки, коньки, скаты и акулы. У этих рыб весь нефрон восстанавливается после повреждения или частичного удаления почки.
Человеческая печень особенно известна своей способностью к регенерации и способна делать это только из одной четверти своей ткани, главным образом благодаря унипотентность из гепатоцитов. Резекция печени может вызвать пролиферацию оставшихся гепатоцитов до тех пор, пока утраченная масса не будет восстановлена, где интенсивность реакции печени прямо пропорциональна удаленной массе. На протяжении почти 80 лет хирургическая резекция печени у грызунов была очень полезной моделью для изучения пролиферации клеток.
Пальцы, поврежденные гангреной и ожоги у пожилых людей также может вырасти следы ногтей и пальцев ног, возвращающиеся после лечения гангрены.
семявыносящий проток могут снова срастаться после вазэктомия - в результате вазэктомия не удалась. Это происходит из-за того, что эпителий семявыносящего протока (аналогичный эпителию некоторых других частей тела человека) способен регенерировать и создавать новую трубку в случае повреждения семявыносящего протока и / или разорваны. Даже когда удалено пять сантиметров (или два дюйма ) семявыносящего протока, семявыносящие протоки могут снова срастаться и снова прикрепляться, что позволяет сперматозоидам снова срастаться. проходят и протекают через семявыносящий проток, восстанавливая фертильность.
В настоящее время существует несколько человеческих тканей, которые были успешно или частично индуцированы к регенерации. Многие из этих примеров относятся к теме регенеративной медицины, которая включает методы и исследования, проводимые с целью восстановления органов и тканей человека в результате травм. Основные стратегии регенеративной медицины включают дедифференцирование клеток в месте повреждения, трансплантацию стволовых клеток, имплантацию выращенных в лаборатории тканей и органов и имплантацию биоискусственных тканей.
В 1999 году мочевой пузырь был первым регенерированным органом, который был передан семи пациентам; по состоянию на 2014 г. эти регенерированные мочевые пузыри все еще функционируют внутри бенефициаров.
В 1949 году было показано, что очищенный инсулин восстанавливает жир у диабетиков с липоатрофией. В 1976 году после 82 дней последовательных инъекций в рубец было показано, что очищенный инсулин безопасно регенерирует жир и полностью регенерирует кожу у людей, не страдающих диабетом.
Во время диеты с высоким содержанием жиров и во время роста волосяных фолликулов, зрелые адипоциты (жиры) естественным образом образуются во многих тканях. Жировая ткань участвует в индукции регенерации тканей. Миофибробласты - это фибробласты, ответственные за рубец, и в 2017 году было обнаружено, что регенерация жира трансформировала миофибробласты в адипоциты вместо рубцовой ткани. Ученые также определили, что передача сигналов морфогенетического белка костной ткани (BMP) важна для трансформации миофибробластов в адипоциты с целью регенерации кожи и жира.
Сердечно-сосудистые заболевания являются ведущими причиной смерти во всем мире, и увеличились пропорционально с 25,8% мировых смертей в 1990 году до 31,5% смертей в 2013 году. Это верно для всех регионов мира, кроме Африки. Кроме того, во время типичного инфаркта миокарда или сердечного приступа приблизительно один миллиард сердечных клеток теряется. Образовавшееся рубцевание приводит к значительному увеличению риска опасных для жизни нарушений сердечного ритма или аритмий. Следовательно, способность естественным образом восстанавливать сердце будет иметь огромное значение для современного здравоохранения. Однако, хотя некоторые животные могут регенерировать повреждение сердца (например, аксолотль ), кардиомиоциты (клетки сердечной мышцы) млекопитающих не могут пролиферировать (размножаться), а повреждение сердца вызывает рубцевание и фиброз.
Несмотря на ранее считавшееся, что кардиомиоциты человека не образуются в более позднем возрасте, недавнее исследование показало, что это не так. В этом исследовании использовались результаты испытаний ядерной бомбы во время холодной войны, в результате которых углерод-14 попал в атмосферу и, следовательно, в клетки близлежащих жителей. Они извлекли ДНК из миокарда этих испытуемых и обнаружили, что кардиомиоциты действительно обновляются с медленной скоростью - 1% в год с 25 лет до 0,45% в год в возрасте 75 лет. Это составляет менее половины замены исходных кардиомиоцитов в течение средней продолжительности жизни. Однако серьезные сомнения были высказаны в достоверности этого исследования, в том числе в его целесообразности. образцов как типичных для нормально стареющих сердец.
Несмотря на это, были проведены дальнейшие исследования, подтверждающие возможность регенерации сердца человека. Было обнаружено, что ингибирование киназы p38 MAP индуцирует митоз в кардиомиоцитах взрослых млекопитающих, в то время как лечение ингибиторами FGF1 и p38 MAP-киназы, как было обнаружено, регенерировало сердце, уменьшало рубцевание и улучшало сердечную функцию у крыс с повреждением сердца.
Одним из наиболее многообещающих источников регенерации сердца является использование стволовых клеток. На мышах было продемонстрировано наличие резидентной популяции стволовых клеток или кардиальных клеток-предшественников во взрослом сердце - эта популяция стволовых клеток перепрограммировалась, чтобы дифференцироваться в кардиомиоциты, которые заменяли те, которые были потеряны во время смерти сердечной ткани. В частности, у людей в миокарде был обнаружен «мезенхимальный питающий слой сердца», который обновлял клетки предшественниками, которые дифференцировались в зрелые сердечные клетки. Эти исследования показывают, что человеческое сердце содержит стволовые клетки, которые потенциально могут быть побуждены к регенерации сердца, когда это необходимо, а не просто использоваться для замены израсходованных клеток.
Утрата миокарда из-за болезни часто приводит к сердечной недостаточности; поэтому было бы полезно иметь возможность брать клетки из других частей сердца, чтобы восполнить потерянные. Это было достигнуто в 2010 году, когда зрелые сердечные фибробласты были перепрограммированы непосредственно в кардиомиоцитоподобные клетки. Это было сделано с использованием трех факторов транскрипции : GATA4, Mef2c и Tbx5. Сердечные фибробласты составляют более половины всех сердечных клеток и обычно не способны проводить сокращения (не являются кардиогенными), но те, которые перепрограммированы, были способны сокращаться спонтанно. Значение состоит в том, что фибробласты из поврежденного сердца или из других источников могут быть источником функциональных кардиомиоцитов для регенерации.
Простое введение функционирующих сердечных клеток в поврежденное сердце эффективно лишь частично. Чтобы добиться более надежных результатов, необходимо создать структуры, состоящие из клеток, а затем трансплантировать. Масумото и его команда разработали метод получения слоев кардиомиоцитов и сосудистых клеток из человеческих ИПСК. Эти листы затем трансплантировали на инфарктное сердце крыс, что привело к значительному улучшению сердечной функции. Эти листы все еще были обнаружены четыре недели спустя. Также были проведены исследования в области разработки сердечных клапанов. Тканевые сердечные клапаны, полученные из клеток человека, были созданы in vitro и трансплантированы в модель приматов, не относящихся к человеку. Они показали многообещающую репопуляцию клеток даже после восьми недель и преуспели в том, что превзошли используемые в настоящее время небиологические клапаны. В апреле 2019 года исследователи напечатали на 3d принтере прототип человеческого сердца размером с сердце кролика.
Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) сегодня является одной из самых распространенных угроз здоровью. От него страдают 329 миллионов человек во всем мире, что составляет почти 5% мирового населения. ХОБЛ, убившая более 3 миллионов человек в 2012 году, стала третьей по значимости причиной смерти. Еще хуже то, что из-за увеличения количества курящих и старения населения во многих странах, количество смертей в результате ХОБЛ и других хронических легочных заболеваний будет продолжать расти. Следовательно, развитие способности легких к регенерации пользуется большим спросом.
Было показано, что клетки, происходящие из костного мозга, могут быть источником клеток-предшественников множества клеточных линий, и исследование 2004 г. показало, что один из этих типов клеток участвует в регенерации легких. Таким образом, был обнаружен потенциальный источник клеток для регенерации легких; однако, благодаря достижениям в индукции стволовых клеток и управлении их дифференцировкой, значительный прогресс в регенерации легких последовательно связан с использованием ИПСК и биокаффолдов, полученных от пациентов. Внеклеточный матрикс является ключом к созданию целых органов in vitro. Было обнаружено, что при тщательном удалении клеток всего легкого остается «след», который может направлять клеточную адгезию и дифференцировку, если добавляется популяция эпителиальных клеток легких и хондроцитов. Это имеет серьезные применения в регенеративной медицине, особенно в связи с тем, что исследование 2012 года успешно очистило популяцию клеток-предшественников легких, которые были получены из эмбриональных стволовых клеток. Затем их можно использовать для повторной клеточности трехмерного каркаса легочной ткани.
Действительно, в 2008 году была успешная клиническая трансплантация тканевой инженерии трахеи в 30-летнем возрасте летняя женщина с терминальной бронхомаляцией. Каркас ЕСМ был создан путем удаления клеток и антигенов MHC из донорской трахеи человека, которая затем была колонизирована эпителиальными клетками и хондроцитами, полученными из мезенхимальных стволовых клеток, культивировавшимися из клеток реципиента. Трансплантат заменил ее левый главный бронх, немедленно обеспечив функционирование дыхательных путей, и сохранил свой нормальный внешний вид и механическую функцию через четыре месяца. Поскольку трансплантат был получен из клеток, выращенных у реципиента, не потребовались антидонорские антитела или иммунодепрессанты - огромный шаг на пути к индивидуальной регенерации легких.
Исследование 2010 г. продвинуло этот шаг дальше, использовав каркас ЕСМ для создания целых легких in vitro для трансплантации живым крысам. Они успешно активировали газообмен, но только на короткие промежутки времени. Тем не менее, это был огромный скачок в направлении полной регенерации легких и трансплантации для человека, который уже сделал еще один шаг вперед в регенерации легких у нечеловеческих приматов.
Муковисцидоз - еще одно заболевание легких, которое является очень фатальным и генетически связано с мутацией в гене CFTR. Посредством выращивания специфического для пациента эпителия легких in vitro была получена легочная ткань, экспрессирующая фенотип муковисцидоза. Это сделано для того, чтобы моделирование и лекарственные испытания патологии заболевания можно было проводить с надеждой на регенеративные медицинские приложения.
Пенис успешно регенерирован в лаборатории. Пенис труднее регенерировать, чем кожа, мочевой пузырь и влагалище, из-за структурной сложности.
Целью исследования повреждений спинного мозга является способствовать нейрорегенерации, воссоединению поврежденных нейронных цепей. Нервы в позвоночнике - это ткань, для регенерации которой требуется популяция стволовых клеток. В 2012 году польский пожарный Дарек Фидика с параплегией спинного мозга перенес операцию по извлечению обонятельных обволакивающих клеток (OEC) из обонятельные луковицы и введение этих стволовых клеток in vivo в место предыдущего повреждения. Со временем Фидика приобрел чувствительность, движение и ощущения в своих конечностях, особенно на той стороне, куда были введены стволовые клетки; он также сообщил о приобретении сексуальной функции. Фидика теперь может водить машину и может ходить на некоторое расстояние с помощью рамы. Считается, что он первым в мире восстановил сенсорную функцию после полного перерыва спинномозговых нервов.
Исследователи из Эдинбургского университета удалось регенерировать живой орган. Регенерированный орган очень напоминал ювенильный тимус с точки зрения архитектуры и профиля экспрессии генов. Вилочковая железа - один из первых органов, который дегенерирует у нормальных здоровых людей.
Между 2005 и 2008 годами четырем женщинам с гипоплазией влагалища из-за агенезии Мюллера были регенерированы влагалища. До восьми лет после трансплантации все органы имеют нормальное функционирование и структуру.
 | Викиисточник содержит текст статьи 1920 Американской энциклопедии о Регенерации. |
