Медузы заживляют раны за минуты. Учёные разгадывают их секреты
Биолог Джосилин Малами из Университета Чикаго изучает процесс заживления ран у медуз вида Clytia hemisphaerica и опубликовала новые результаты в журнале Molecular Biology of the Cell. Медузы способны закрывать маленькие раны за минуты, а крупные, менее чем за час, при этом не образуется никаких рубцов. Это контрастирует с заживлением у людей, которое оставляет рубцовую ткань.
Механизм заживления в медузах работает за счёт двух ключевых клеточных структур. Сначала образуются ламеллиподии, структуры, богатые актином, похожие на ножки амёб. Они ползут по базальной мембране (белковому слою под эпителиальными клетками) и тянут за собой сами клетки, постепенно перекрывая рану. Одновременно с движением ламеллиподий срабатывает второй механизм: актомиозиновый трос сокращается и помогает клеткам перекрыть повреждение, особенно если повреждена сама базальная мембрана.
Для очень крупных ран, когда клетки не могут дотянуться друг до друга, включается коллективная миграция, весь слой эпителия поднимается и начинает «ходить» вместо отдельных клеток. Малами отмечает, что механизмы заживления в медузах во многом похожи на то, что происходит в других организмах, включая млекопитающих. Медузы особенно удобны для изучения, так как их тело прозрачно, в них отсутствует иммунная система (которая у людей вызывает воспаление вокруг раны), и нет капилляров, затемняющих наблюдение базовых механизмов восстановления. В будущем Малами планирует исследовать, как восстанавливается сама базальная мембрана.
Ключевые факты
- Медузы вида Clytia hemisphaerica заживляют раны за минуты-часы без образования рубцов, в отличие от млекопитающих
- Процесс состоит из двух этапов: ламеллиподии ползут по базальной мембране и тянут клетки, затем актомиозиновый трос сокращается для завершения заживления
- Для крупных ран срабатывает коллективная миграция эпителия, когда целый слой клеток поднимается и движется вместе
- Механизмы заживления в медузах консервативны и схожи с процессами у других животных, включая человека
- Медузы позволяют учёным напрямую наблюдать процесс заживления в живом организме из-за прозрачности тела и отсутствия иммунной системы
Почему это важно
Понимание механизмов заживления без образования рубцов имеет прямое медицинское значение. Рубцовая ткань ограничивает подвижность и функциональность органов и тканей. Исследование процессов в медузах показывает, что заживление без рубцов возможно в принципе, и механизмы, ответственные за это, консервативны в животном мире. Если удастся адаптировать эти механизмы к млекопитающим, это может революционизировать подходы к лечению ожогов, травм, хирургических ран и других повреждений тканей.
Кому это важно
Исследование может быть полезно врачам, занимающимся восстановительной медициной и хирургией (особенно пластической хирургией), а также разработчикам медикаментов и биотехнологических решений. Люди с хронически заживающими ранами (при диабете, венозной недостаточности) тоже могут выиграть от новых подходов. Фундаментальные биологи получают модель для более глубокого понимания механизмов клеточной миграции и восстановления тканей.
Как это применить
В краткосрочной перспективе результаты помогут разработать более точные модели заживления ран для тестирования фармацевтических препаратов. На средне- и долгосрочной перспективе возможны подходы на основе регуляции актомиозиновых тросов в клетках или управления ламеллиподиями для ускорения заживления и подавления рубцевания. Также результаты могут применяться в регенеративной медицине и разработке биоматериалов.
Можно ли доверять
Исследование полагается на прямые наблюдения живых процессов в прозрачном организме (Clytia), что обеспечивает высокую надёжность. Работы Джосилин Малами по этой теме публиковались в 2017 и 2018 годах в авторитетных журналах, а новое исследование опубликовано в Molecular Biology of the Cell, рецензируемый научный журнал. Автор работает в престижном учреждении (Университет Чикаго, Marine Biological Laboratory). Результаты получены не на модельных системах в пробирке, а в живых организмах, что снижает риск артефактов.
Риски и подводные камни
Основной риск, трансляция результатов с медуз на людей. Несмотря на консервативность механизмов, люди и млекопитающие в целом имеют сложную иммунную систему и воспалительный ответ, который медузы не имеют. Эти системы могут кардинально менять процесс заживления. Кроме того, базальная мембрана человека и млекопитающих сложнее, чем в медузах. Исследование сосредоточено на эпителиальных клетках, а заживление целых органов может быть намного более сложным. Потребуются дополнительные исследования, чтобы адаптировать эти знания для медицины.
«Это действительно элегантный механизм, в котором система может быстро приспосабливаться к заживлению всех видов ран, которые могут возникнуть в природе»
— Джосилин Малами, Университет Чикаго