Ученые научились стимулировать регенерацию кончиков пальцев

Фото из открытых источников

Согласно новому исследованию, ученые из Варшавского университета выявили стволовые клетки у основания ногтя как ключевые факторы регенерации кончиков пальцев и показали, что активация основного сигнального пути значительно ускоряет восстановление ногтей и костей после травмы.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Communications, показывают, что усиление сигнального пути BMP (костного морфогенетического белка) не только ускоряет регенерацию, но и позволяет мышам восстанавливаться после гораздо более серьезных травм кончиков пальцев, чем считалось ранее возможным.

Исследователи из Центра новых технологий сосредоточили внимание на стволовых клетках проксимальной ногтевой складки — ткани у основания ногтя, которая защищает место роста ногтевой пластины. Они обнаружили, что сигнализация BMP играет центральную роль в контроле регенерации, активируя путь WNT, еще одну ключевую систему клеточной сигнализации, участвующую в росте и обновлении тканей.

«Сигнальный путь BMP играет решающую роль уже на стадии эмбрионального развития. Нарушение этого пути приводит к серьезным дефектам развития. Чтобы исследовать его значение в регенерации тканей у взрослых, мы создали генетическую модель мыши, которая позволила нам точно отключить реакцию отдельных клеток на сигналы BMP», — пояснила Анна Мария Пулавска-Чуб из Лаборатории стволовых клеток, развития тканей и регенерации Центра новых технологий Варшавского университета.

Когда исследователи заблокировали передачу сигналов BMP, они наблюдали серьезные дефекты в развитии ногтей. Вместо образования твердой ногтевой пластины ткань развилась в структуру, напоминающую мягкий эпидермис. Ногтевое ложе разрослось, кератогенная зона исчезла, а стволовые клетки перестали быстро делиться.

Также исследователи обнаружили, что ингибирование BMP предотвращает активацию сигнального пути WNT, что значительно ухудшает регенерацию тканей.

«Результаты показывают, что BMP действует как регулятор, определяющий способность стволовых клеток реагировать на сигналы сигнального пути WNT. Когда эта взаимосвязь нарушалась, процесс регенерации значительно ухудшался, и ампутированный палец не восстанавливал свою нормальную структуру или первоначальный размер», — сказал исследователь.

Контраст между мышами с неактивной и активированной передачей сигналов BMP был поразительным. У животных, у которых этот сигнальный путь был отключен, деформированный ноготь восстановил лишь около 60% своей первоначальной длины и площади поверхности через девять недель, в то время как поврежденная кость на кончике пальца не смогла регенерировать.

Напротив, у мышей с чрезмерно активированной передачей сигналов BMP полная регенерация ногтя наблюдалась в течение трех недель после ампутации, а кость восстанавливала свою первоначальную форму примерно через пять недель. В среднем, регенерированная ногтевая пластина была на 25% длиннее, чем у животных, не подвергавшихся лечению.

Исследователи также обнаружили, что усиление передачи сигналов BMP расширяет естественные пределы регенерации. Мыши смогли полностью восстановить как ноготь, так и кость после потери примерно 60% кончика пальца, тогда как ранее считалось, что спонтанная регенерация возможна только после гораздо меньших травм.

«Однако самым захватывающим моментом всего проекта стало наблюдение частичного восстановления ногтевой пластины даже после ампутации примерно 90% дистальной фаланги кости. Этот результат предполагает, что соответствующая модуляция молекулярных сигналов может частично восстановить программу регенерации даже в ситуациях, которые ранее считались полностью необратимыми», — подчеркнула Пулавска-Чуб.

Данное исследование также знаменует собой первую успешную изоляцию и лабораторное культивирование стволовых клеток из проксимальной части ногтевой складки.

«Самой большой проблемой было выделение определенных клеток из ткани размером всего в доли миллиметра. Мы использовали специальную модель на мышах, в которой клетки были помечены флуоресцентными белками, что позволило нам отслеживать их на каждом этапе выделения и культивирования», — пояснила она.

После трансплантации культивированные стволовые клетки выжили и активно участвовали в восстановлении тканей. Гистологический анализ показал, что они интегрировались в свою естественную нишу стволовых клеток, обеспечивали регенерирующую матрицу ногтя и участвовали в формировании новой ногтевой пластины, демонстрируя, что они сохранили свои стволовые свойства после культивирования и трансплантации.

Исследователи предупредили, что полученные результаты основаны на модели на мышах. Однако они заявили, что лучшее понимание молекулярных механизмов, контролирующих регенерацию ногтей и костей, в конечном итоге может помочь в разработке новых методов лечения травм конечностей и регенеративной терапии для людей.