Kodėl žmogaus organizmas negali pats atauginti prarastos galūnės?

Kartais pakanka vieno neatsargaus judesio, kad žmogaus gyvenimas pasikeistų akimirksniu. Pažeista ranka ar koja gali būti gydoma mėnesius, o jos praradimas tampa išbandymu, kurio neįmanoma paprasčiausiai „atšaukti“. Tuo pat metu gamtoje galima sutikti gyvūnų, gebančių atauginti uodegą, galūnę ar net dalį vidaus organo. Kodėl tokio gebėjimo neturime mes – ir kas nutinka organizme tą akimirką, kai audiniai pažeidžiami?

Žmogaus kūnas moka atkurti tik dalį savęs

Žmogaus organizmas nėra visiškai bejėgis atsinaujindamas. Nuolat atsinaujina oda, kraujo ląstelės, žarnyno gleivinė. Kepenys taip pat gali iš dalies ataugtı po didelės jų dalies pašalinimo. Kaulai sugyja, nervų galūnėlės kartais atsikuria, o žaizdos užsitraukia.

Tačiau visiškai atauginti ranką ar koją – visai kitas uždavinys. Galūnė nėra vien kaulo gabalas ar raumenų sankaupa. Joje tiksliai išsidėstę kaulai, sąnariai, raumenys, kraujagyslės, nervai, sausgyslės ir oda. Visi šie audiniai turi susiformuoti tinkama tvarka, tinkamoje vietoje ir tarpusavyje susijungti taip, kad galūnė galėtų judėti bei jausti.

Tam reikėtų ne tik pagaminti daugybę naujų ląstelių, bet ir „žinoti“, kur turi būti nykštys, kokio ilgio turi tapti dilbis, kur nutiesti nervą ir kaip sujungti kraujagysles. Suaugusio žmogaus organizme nėra veikiančios sistemos, kuri po amputacijos iš naujo paleistų visą šį vystymosi procesą.

Po traumos žmogaus kūnas renkasi greitą užtaisymą

Pagrindinė kliūtis slypi ne vien tame, kad ląstelės nesugeba daugintis. Priešingai – pažeidimo vietoje jos aktyviai dalijasi. Tačiau žmogaus organizmo prioritetas po sunkios traumos yra kuo greičiau sustabdyti kraujavimą, apsaugoti žaizdą nuo infekcijos ir uždaryti pažeistą vietą.

Pirmiausia susidaro krešulys, vėliau į traumą siunčiamos imuninės ląstelės. Jos šalina pažeistus audinius ir naikina į žaizdą patekusius mikroorganizmus. Po to pradeda formuotis naujas jungiamasis audinys. Šis procesas baigiasi randu – tvirta, bet ne tokia funkcionali struktūra kaip pradiniai audiniai.

Randas veikia tarsi biologinė užtvara. Jis greitai „užrakina“ pažeistą vietą, tačiau kartu apsunkina sudėtingą audinių atkūrimą. Regeneruojančių gyvūnų organizmuose po traumos susidaro kitokia ląstelių sankaupa, vadinama blastema. Joje esančios ląstelės gali virsti įvairių audinių pirmtakėmis ir dalyvauti atkuriant visą struktūrą.

Žmogaus žaizdos gijimo reakcija labiau orientuota į skubų remontą nei į tikslų atkūrimą. Evoliuojant tai buvo praktiškas sprendimas: geriau greitai užverti žaizdą ir išgyventi, negu ilgai formuoti sudėtingą naują galūnę, tuo metu rizikuojant nukraujuoti ar užsikrėsti.

Kuo skiriasi salamandra ir žmogus

Vienas garsiausių regeneracijos pavyzdžių – aksolotlis, salamandrų rūšis, galinti atauginti galūnes, uodegą, stuburo dalis, širdies ir kitų organų audinius. Kai kurios driežų rūšys gali atkurti uodegą, nors nauja struktūra dažnai būna paprastesnė nei pradinė.

Šie gyvūnai po traumos sugeba išlaikyti arba atkurti tam tikrus vystymosi mechanizmus. Pažeidimo vietoje ląstelės gauna signalus, nurodančius, kokio audinio trūksta ir kuria kryptimi turi augti nauja struktūra. Svarbų vaidmenį čia atlieka genai, reguliuojantys embriono vystymąsi, ląstelių dalijimąsi ir jų virtimą specializuotomis ląstelėmis.

Žmogaus organizme šie mechanizmai nėra visiškai išnykę, tačiau suaugus jie stipriai apriboti. Mūsų ląstelės dažniausiai būna jau atlikusios savo vaidmenį: kaulo ląstelė gamina kaulinį audinį, nervinė ląstelė perduoda signalus, o raumenų ląstelė susitraukia. Jos nebegali taip lengvai grįžti į lankstesnę būseną ir vėl tapti skirtingų audinių pirmtakėmis.

Be to, žmogaus imuninė sistema po sunkios traumos sukelia galingą uždegiminę reakciją. Ji būtina apsaugai, bet gali slopinti sąlygas, reikalingas sudėtingai regeneracijai. Mokslininkai tiria, kaip pakeisti šį atsaką, nepadidinant infekcijų ar nekontroliuojamo ląstelių dauginimosi rizikos.

Kodėl gamta „nepasirinko“ atauginti galūnių

Regeneracija skamba kaip akivaizdus pranašumas, tačiau biologijoje kiekvienas gebėjimas turi kainą. Galūnės atkūrimas pareikalautų milžiniškų energijos išteklių, sudėtingos kontrolės ir ilgo laiko. Gyvūnui, kuris turi išgyventi, maitintis ir išvengti plėšrūnų, ilgai auganti galūnė gali tapti papildomu pažeidžiamumu.

Dar viena problema – vėžys. Kad galūnė ataugtų, ląstelės turi intensyviai daugintis ir tam tikrą laiką išlikti plastiškos. Jei šis procesas būtų prastai kontroliuojamas, išaugtų navikų tikimybė. Žmogaus organizmas evoliucijos metu išplėtojo daugybę apsaugos mechanizmų nuo nekontroliuojamo augimo, tačiau jie kartu riboja audinių regeneraciją.

Tai nereiškia, kad mokslas šią ribą laiko galutine. Tyrėjai kuria audinių inžinerijos metodus, naudoja kamienines ląsteles, bando auginti audinius laboratorijoje, spausdinti biologines struktūras ir valdyti signalus, kurie nurodo ląstelėms, kuo jos turėtų tapti. Jau atkuriami odos, kremzlių, kraujagyslių ir kai kurių kitų audinių fragmentai.

Vis dėlto pilna funkcionuojanti žmogaus galūnė būtų kur kas sudėtingesnis tikslas. Reikėtų ne tik suformuoti jos dalis, bet ir tiksliai sujungti nervų sistemą, atkurti jautrumą, kraujotaką bei koordinuotą judėjimą. Todėl artimiausioje ateityje medicina greičiausiai judės ne nuo stebuklingo atauginimo, o nuo vis tikslesnio atskirų audinių atkūrimo.

Žmogaus kūnas po traumos pirmiausia siekia išlikti, o ne grįžti į ankstesnę formą. Šis pasirinkimas padėjo rūšiai išgyventi, tačiau kartu užvėrė duris vienam įspūdingiausių gamtos gebėjimų. Galbūt ateityje mokslas išmoks tas duris praverti – ne nukopijuodamas salamandros organizmą, bet atsargiai pažadindamas žmogaus ląstelėse dar likusius regeneracijos mechanizmus.