Regeneračná biológia

Proces regenerácie

Pôvod regeneračného materiálu

Po amputácii sa v doplnku schopnom regenerácie vyvinie blastém z tkanív v pne tesne za úrovňou amputácie (pozri fotografiu). Tieto tkanivá podliehajú drastickým zmenám. Akonáhle sa bunky špecializujú na svaly, kosti alebo chrupavky, strácajú vlastnosti, podľa ktorých sú normálne identifikované (dediferenciacia); potom začnú migrovať a hromadiť sa pod epidermou rany, pričom vytvárajú zaoblený pupeň (blastém), ktorý sa vydúva z pahýlu. Bunky najbližšie k špičke púčika sa naďalej množia, zatiaľ čo bunky umiestnené najbližšie k starým tkanivám pahýlu sa diferencujú na svaly alebo chrupavky, v závislosti od ich umiestnenia. Vývoj pokračuje, až kým nie sú diferencované konečné štruktúry na špičke regenerovaného prívesku a všetky proliferujúce bunky sú v procese použité.

choroba človeka: Oprava a regenerácia

Nahradením poškodených alebo zničených buniek zdravými novými bunkami sa procesy opravy a regenerácie usilujú o obnovu jedincov

Zdá sa, že bunky blastému sa diferencujú na rovnaký druh buniek, aké boli predtým, alebo na blízko príbuzné typy. Bunky môžu za určitých podmienok zmeniť svoje úlohy, ale zjavne to len zriedka. Ak je blastém končatiny transplantovaný na chrbát toho istého zvieraťa, môže pokračovať vo vývoji na končatinu. Podobne sa chvostový blastém transplantovaný inde na tele stane chvostom. Zdá sa teda, že bunky blastému nesú nezmazateľnú pečiatku prívesku, z ktorého boli vyrobené a do ktorého sú určené na vývoj. Ak je však blastém chvosta transplantovaný do pahýlu končatiny, štruktúra, ktorá sa regeneruje, bude zložená z dvoch koncov.

Teória polarity a gradientu

Každá živá bytosť vykazuje polaritu, ktorej príkladom je diferenciácia organizmu na hlavu alebo prednú časť a chvost alebo zadnú časť. Regeneračné časti nie sú výnimkou; vykazujú polaritu tým, že rastú vždy distálnym smerom (ďalej od hlavnej časti tela). U nižších bezstavovcov však rozdiel medzi proximálnym (blízko alebo smerom k telu) a distálnym nie je vždy jasný. Napríklad nie je ťažké zvrátiť polaritu „stoniek“ v koloniálnych vodách. Normálne bude časť kmeňa narásť na hlave alebo hydrante na svojom voľnom alebo vzdialenom konci; ak je to však zviazané, regeneruje hydrant na konci, ktorý bol pôvodne proximálny. Polarita v tomto systéme je zjavne určená gradientom aktivity tak, že hydrant sa regeneruje všade, kde je najvyššia rýchlosť metabolizmu. Akonáhle sa hydrant začal vyvíjať, inhibuje produkciu ostatných v jeho blízkosti difúziou inhibičnej látky smerom dole pozdĺž stonky.

Keď sa planárne ploštice rozrezajú na polovicu, každý kus dorastie späť na koniec, ktorý chýba. Bunky v podstate identických oblastiach tela, v ktorých bol rez vyrobený, tvoria blastémie, ktoré v jednom prípade vedú k vzniku hlavy a v druhom sa tvoria chvosty. To, čo sa každý blastém regeneruje, závisí úplne od toho, či ide o prednú časť alebo zadnú časť ploštice: skutočný rozdiel medzi týmito dvoma časťami sa dá zistiť pomocou metabolických diferenciálov. Ak je priečny kúsok plochého červa strihaný veľmi tenký - príliš úzky na to, aby sa vytvoril účinný metabolický gradient - môže regenerovať dve hlavy, jednu na oboch koncoch. Ak je metabolická aktivita na prednom konci plochého červa umelo znížená expozíciou určitým liekom, môže sa z bývalého zadného konca červa vyvinúť hlava.

Regenerácia doplnku predstavuje iný problém ako celý organizmus. Plutva ryby a končatina mlok majú proximálny a distálny koniec. Rôznymi manipuláciami je však možné ich regenerovať v proximálnom smere. Ak je v plutve ryby vyrezaná štvorcová diera, regenerácia sa uskutoční podľa očakávania z vnútorného okraja, ale môže sa vyskytnúť aj od distálneho okraja. V druhom prípade je regeneračná plutva vlastne distálnou štruktúrou s tou výnimkou, že rastie v proximálnom smere.

Podobne reagujú aj obojživelníky. Je možné naštepiť ruku mloka na blízku stenu tela a po dosiahnutí dostatočného prietoku krvi prerušiť ruku medzi ramenom a lakťom. Takto sa vytvoria dva pahýly, jeden krátky, ktorý sa skladá z časti hornej časti paže, a dlhší, ktorý sa skladá zo zvyšku paže, vyčnievajúceho v nesprávnom smere zo strany zvieraťa. Obidve pne regenerujú tú istú vec, a to všetko, čo normálne leží mimo úrovne amputácie, bez ohľadu na to, ako pňa čelí. Reverzné rameno preto regeneruje zrkadlový obraz seba samého.

Je zrejmé, že keď sa štruktúra regeneruje, môže produkovať iba časti, ktoré sú obvykle vzdialené od úrovne amputácie. Zúčastnené bunky obsahujú informácie potrebné na vývoj všetkého „downstream“, ale nikdy sa nemôžu stať bližšími štruktúrami. Regenerácia, podobne ako embryonálny vývoj, nastáva v určitej sekvencii.