Per la prima volta è stato dimostrato che le rane adulte ricrescono le zampe amputate, segnando una svolta per la rigenerazione degli organi.
Rigenerazione significa far ricrescere una parte danneggiata o mancante di un organo dal tessuto residuo. Gli esseri umani adulti possono rigenerare con successo alcuni organi come il fegato e soprattutto la pelle, che viene regolarmente rinnovata e riparata, ma sfortunatamente la maggior parte dei tessuti umani organi non hanno la capacità di rigenerarsi. Il campo della medicina rigenerativa mira a trovare modi per riattivare la rigenerazione dei tessuti nel nostro corpo. La soluzione ideale sarebbe quella di mettere in moto importanti percorsi che possano ripristinare un tessuto, ad esempio un arto, dalle sue stesse cellule, tuttavia, non è un caso semplice poiché gli scienziati stanno ancora cercando di comprendere le sfumature della rigenerazione dei tessuti.
In uno studio pubblicato Rapporti Cellulari, scientists from Tuft University USA aimed to understand tissue regeneration capacity and how cells cooperate and form a three-dimensional organo. They chose to reproduce tissue growth in an animal which normally does not regenerate and they chose an amphibian – adult aquatic African clawed frog (Xenopus laevis) – a commonly used laboratory animal in research. Amphibians have very limited tissue renewal capacity similar to humans. Scientists successfully designed a device which retriggers tissue generation at the amputation site and enables to partially regenerate a hindlimb in adult Xenopus frog.
Ricrescita degli arti amputati
Innanzitutto, un bioreattore indossabile è stato stampato in 3D in silicio ed è stato riempito con idrogel. Successivamente, su questo polimero idrogel sono state poste proteine della seta idratanti che sono note per promuovere la guarigione e la rigenerazione. È stato aggiunto l'ormone progesterone, un neurosteroide, generalmente noto per essere coinvolto nelle mestruazioni, nella gravidanza e nell'allattamento. Il progesterone è anche coinvolto nella promozione della riparazione dei vasi sanguigni nervosi e di altri tessuti. Le rane sono state divise in gruppi sperimentali, di controllo e fittizi. Nei gruppi di controllo e finto, il dispositivo del bioreattore è stato suturato nelle rane immediatamente dopo l'amputazione dell'arto. Nel gruppo sperimentale il progesterone è stato rilasciato dal bioreattore nel sito di amputazione. I dispositivi sono stati rimossi dopo 24 ore. Le rane sono state quindi regolarmente osservate per diversi mesi. Le rane dei gruppi di controllo e finte hanno sviluppato una sottile punta cartilaginea nel sito di amputazione che è normale quando la rigenerazione dei tessuti procede senza aiuto. È stato visto solo nelle rane del gruppo sperimentale che il dispositivo del bioreattore ha innescato la rigenerazione degli arti più grandi e le rane hanno fatto ricrescere un'appendice a forma di pagaia più strutturata vicino a un arto quasi completamente formato. Questo era indicativo di una rigenerazione tissutale aiutata. La differenza visibile è stata evidente entro poche settimane, suggerendo che il dispositivo del bioreattore ha creato un ambiente di supporto intorno al ferita per consentire ai tessuti di crescere, in modo simile a come i tessuti crescerebbero in un embrione all'interno dell'utero. Solo una breve somministrazione di progesterone dal bioreattore (posizionato solo per 24 ore) aveva innescato la crescita dei tessuti molli e delle ossa nel corso di diversi mesi. Dall'analisi istologica e dall'ispezione molecolare delle strutture rigenerate è stato rivelato che questi arti erano più spessi e avevano ossa, innervazione e vascolarizzazione più sviluppate. Gli animali trattati con progesterone erano anche più attivi dei gruppi di controllo e di quelli fittizi.
La crescita degli arti si è interrotta dopo circa sei mesi, ma ha portato a una crescita sotto tipica delle dita delle mani e dei piedi. Gli arti ricresciuti avevano un buon volume e densità ossea, vasi sanguigni principali, nervi ben fissati e queste rane potevano persino nuotare in modo simile a come farebbero le normali rane non amputate usando i loro arti nativi. Il sequenziamento dell'RNA e l'analisi del trascrittoma hanno mostrato che l'espressione genica nelle cellule nel sito di amputazione è stata modificata dal bioreattore. Quindi, i geni legati allo stress ossidativo e all'attività dei globuli bianchi erano attivi (sovraregolati) e alcuni altri erano sottoregolati. Anche la cicatrizzazione e la risposta immunitaria sono state ridotte, consentendo così alla rigenerazione di procedere indebolendo la risposta naturale del corpo alle lesioni che altrimenti avrebbero ostacolato il processo di rigenerazione.
Futuro
Questo studio si basa sulla logica di definire un programma kickstart o trigger che porterebbe a una crescita a lungo termine. Può essere chiamato come un nuovo modello di stimolazione cellulare. Studi precedenti hanno dimostrato che i topi possono rigenerare parzialmente i polpastrelli amputati in circostanze normali, ma poiché non sono acquatici e non c'è acqua per proteggerli, quindi a differenza degli anfibi il processo nei topi non è stato efficiente perché le cellule rigenerate sensibili sono state nuovamente sottoposte a superfici dure e ancora. L'approccio di rigenerazione in un animale vertebrato dovrebbe essere applicabile ai mammiferi e al corpo umano e forse molto presto in futuro potremmo rigenerare organi complessi che potrebbero essere utilizzati per il trapianto di organi o qualsiasi tipo di lesione, forse anche il cancro.
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{Puoi leggere il documento di ricerca originale facendo clic sul collegamento DOI indicato di seguito nell'elenco delle fonti citate}
Fonte (s)
Herrera-Rincon C et al. 2018. La breve applicazione locale del progesterone tramite un bioreattore indossabile induce una risposta rigenerativa a lungo termine nell'arto posteriore adulto di Xenopus. Rapporti Cellulari. 25 (6). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.010
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