«Чудеса и Приключения» 12/95

ИДЕЯ, ПОДБИТАЯ НА ВЗЛЕТЕ

Лев ПОЛЕЖАЕВ

Нелегок путь утверждения новых идей. Они должны пробиться сквозь завесу традиций, перебороть поток завистников, недоброжелателей и научных проходимцев. Живой пример у нас перед глазами.

Вероятно, каждый или почти каждый человек в детстве, увидев ящерицу, с удивлением узнает, что при попытке поймать ее за хвост тот отрывается, ящерица убегает и потом - самое удивительное - оторванный хвост у нее восстанавливается, регенерирует. Но почему же у людей не регенерируют отрезанные руки, ноги или хотя бы пальцы? И нельзя ли каким-либо образом их вырастить? Для ответа на эти простые вопросы понадобились многие десятилетия исследований ученых разных стран. И все-таки многое далеко не выяснено.

Этой проблемой с успехом занимался в свое время профессор Л. Полежаев. Однако многообещающие работы ученого были прекращены - его обвинили в вейсманизме. Мы обратились к профессору с просьбой рассказать о своих проблемах, остановленных на научном взлете.

Регенерация — это восстановление утраченной части - органа, ткани или клетки со всей ее структурой.  Иногда у низших животных: гидр, ресничных червей — планарий, инфузорий — одноклеточных животных может регенерировать весь организм из оставшейся его части. Регенерацию следует отличать от гипертрофии, то  есть  разрастания   только  массы остатка органа после удаления его части, например, печени, почки или селезенки без восстановления формы или структуры. Гипертрофия, приводящая к компенсации его работы, может наступать и без утраты органа. Так, у спортсменов часто гипертрофируется мышца сердца из-за повышения на нее нагрузки.

При уменьшении нагрузки и сердце уменьшается до прежних размеров. Гипертрофия обратима, регенерация необратима. Эти явления протекают различно и подчиняются разным закономерностям. Если, например, ампутировать конечность у мышей или крыс, то раневая поверхность (то есть открытая рана) гладко заживает, рубцуется. Рубцевание — это отсутствие регенерации органа или специфической ткани. Исследования показали, что всех животных можно подразделить на две большие группы: способных и неспособных к регенерации. К первым относятся главным образом низшие животные: многие одноклеточные (амебы, инфузории и другие), гидры, губки, морские звезды, улитки, тараканы, некоторые низшие позвоночные — рыбы, хвостатые амфибии: тритоны, аксолотли, саламандры. Ко второй — главным образом высшие животные, из позвоночных — многие рептилии (черепахи, змеи), из млекопитающих — мыши, крысы, кролики, собаки, обезьяны, человек.

Большой накопленный материал позволил еще в XIX веке вывести три правила регенерации, из которых два первых были сформулированы еще Ч. Дарвином (1868). Первое правило: способность к насильственно вызванной регенерации понижается по мере повышения организации в сравнительном, эволюционном ряду животных. Второе правило: способность к регенерации понижается с возрастом животных. Третье правило (сформулированное А. Келликером, 1865, и Вальдейером, 1869): при регенерации каждая ткань происходит от себе подобной. Из всех этих трех правил есть исключения. Однако, несмотря на это, они сохраняют свое значение.

В ходе исследований выяснилось, что, помимо указанных двух групп животных, есть еще третья, промежуточная. Это — бесхвостые амфибии: лягушки, жабы, жерлянки. В личиночном периоде — это головастики с хвостом, жабрами и некоторыми другими органами, которые исчезают в процессе метаморфоза, то есть превращения животных во взрослую бесхвостую форму (рис. 1). На ранней стадии метаморфоза (1-я стадия) конечности у них после ампутации регенерируют. Позднее, через 1 —2 дня (на 2-й стадии), конечности уже утрачивают способность к регенерации, ампутационные раневые поверхности гладко заживают. Далее установили, что и у неспособных к регенерации животных конечности могут регенерировать на очень ранних стадиях развития их эмбриональных зачатков. Это удалось установить после разработки техники внутриутробных операций и культивирования зачатков органов вне организма в определенной питательной среде.

РЕГЕНЕРАЦИЯ КОНЕЧНОСТЕЙ У БЕСХВОСТЫХ АМФИБИЙ

У разных видов лягушек и других бесхвостых амфибий способности к регенерации утрачиваются на разных стадиях метаморфоза. Однако в принципе закономерность изменения регенерационной способности от этого не нарушается. Поэтому рассмотрим регенерацию лишь у одного вида — травяной лягушки.

Почему же способность к регенерации конечностей при метаморфозе головастиков утрачивается так быстро, в течение 1 -2 дней?

Не обусловлено ли это потерей способности тканей к клеточному размножению? Если это так, то размножение клеток можно усилить действием «раневых гормонов», то есть продуктов разрушения тканей. Как повлиять на неспособную к регенерации культю конечности головастика? Приложить к раневой поверхности культи кашицу из растертых тканей конечности? Но животное плавает в воде, кашица будет тут же смыта. Был применен другой метод. Мы ампутировали обе задние конечности у неспособных к регенерации головастиков на уровне колена. Одну, контрольную, не подвергали дальнейшим воздействиям.

Другую, подопытную, сильно травмировали — наносили иглой множество сильных продольных проколов от раны в глубь тканей (рис. 2). Результат опыта превзошел ожидания. В большинстве случаев подопытная конечность полностью (рис. 3) или частично (рис. 4) регенерировала, а контрольная не регенерировала вовсе. Казалось, наша гипотеза подтвердилась: способности к регенерации конечностей утрачиваются из-за того, что ткани теряют способность к клеточному размножению. Но оказалось, что это не так. Изучение процесса регенерации на последовательных стадиях под микроскопом установило: интенсивность клеточного деления в опыте и контроле не очень различается.

Важно другое — в контрольной культе скелет, мышцы и другие ткани практически не разрушаются, сохраняют свою структуру, они дифференцированы, рана затягивается рубцом. В подопытной культе все эти ткани очень сильно разрушаются, структура их исчезает, они дедифференцируются, превращаются в массу однородных эмбрионального типа клеток, как бы сильно омолаживаются, а на раневой поверхности возникает регенерационный зачаток (бластема), который растет, развивается и потом превращается в развитую конечность (рис. 5). Следовательно, утрата регенерационной способности конечностей у головастиков зависит от потери способности основных тканей этих органов к разрушению и де-дифференцировке, а восстановление ее — от возникновения сильного разрушения и дедифференцировки (то есть упрощение организации, как бы омоложение клетки, ткани, органа).

Эти опыты были повторены, расширены и подтверждены рядом отечественных и зарубежных исследователей на разных видах бесхвостых амфибий и не только в процессе метаморфоза, но и у взрослых особей. Правда, у взрослых лягушек, как правило, удавалось получить лишь атипичную регенерацию, уродливую или с нехваткой пальцев (рис. 6), но все же регенерацию конечностей.

Был разработан и сам метод получения регенерации нерегенерирующих конечностей. Помимо метода механической травматизации ткани культи, можно было получить такой же результат химической обработкой раневых поверхностей органов. То же самое получали под влиянием физических факторов — действия индукционного тока или биметаллического аппарата, состоящего из платиновой и серебряной проволочек и сопротивления. В одном из таких случаев была получена хорошо развитая типичная конечность взрослой лягушки.

Общим во всех описанных случаях было одно и то же: сильное разрушение и дедифференцировка тканей остатка органа, как бы омоложение их и приобретение способности к интенсивному клеточному размножению. Исследования по данной проблеме проводятся, начиная с 1933 года вплоть до настоящего времени, то есть более 60 лет, в разных странах Европы, США, Азии (Индия, Китай, Япония) и Африки (Египет).

ИССЛЕДОВАНИЯ В СРАВНИТЕЛЬНОМ РЯДУ ЖИВОТНЫХ

Можно вызвать регенерацию конечностей у лягушек. А у других, более высоко организованных животных? У рептилий — ящериц — хвосты хорошо регенерируют — это всем известно, а вот конечности к этому не способны. Однако оказалось, что и у ящериц можно получить регенерацию атипичных конечностей.

Исследователи заинтересовались вопросом, нельзя ли вызвать регенерацию конечностей у близких к человеку млекопитающих животных. Первые опыты с ампутацией конечностей у плодов мышей, крыс и кроликов при внутриутробных операциях дали отрицательный результат. Однако в дальнейшем с использованием различных экспериментальных воздействий, направленных на резкое усиление разрушения тканей, показало, что и у новорожденных, и у молодых млекопитающих (крыс) можно получить атипичную регенерацию конечностей. Так, в работе нашей лаборатории (1951) самок крыс подвергали глубокому авитаминозу Д и А, что приводило к усилению разрушаемости их тканей, а у их потомства — новорожденных крысят — после ампутации конечностей на культях возникло разрастание тканей с коготками, причем эти образования содержали не кости, а хрящи (рис. 7).

Через год сходный результат был получен в лаборатории профессора Э. Е. Уманского (рис. 8). В его опытах усиление разрушаемости тканей достигали введением гормона паращитовидных желез. Через 10 лет в США А. Шарф (1961), исходя из наших данных, получил регенерацию укороченных пальцев с коготками у крысят после обработки ампутационных раневых поверхностей ферментом трипсином и крепкими растворами хлористого кальция (рис. 9). Опыты были продолжены в США. М. Майзл и Дж. Айзеке (1970) получили регенерацию конечностей у новорожденных опоссумов путем трансплантации им в конечности отрезков спинного мозга и последующей ампутации дистальной (отдаленной от тела) части конечности по трансплантанту.

Регенерировали конечности с зачатками пальцев (рис. 10). Опоссумы — это сумчатые животные. Они рождают недоразвитых детенышей, которые развиваются в сумке матери, присасываясь к соскам. Поэтому у этих животных не надо производить внутриутробную операцию. В контрольной же группе при простой ампутации конечности не регенерировали.

Далее американскими исследователями (Р. Беккер и другие, 1972) была проведена серия экспериментов с применением слабого индукционного тока. Результат был положительный.

Интересный опыт был поставлен Е. А. Ефимовым и С. А. Семеновым (1981). Они размозжали пинцетом пальцы у молодых крыс и через два дня ампутировали их. Регенерировали с коготками. Следовательно, у млекопитающих животных получить регенерацию пальцев или конечностей оказалось возможным.

РЕГЕНЕРАЦИЯ ПАЛЬЦЕВ У ЧЕЛОВЕКА

У людей после ампутации или вследствие несчастных случаев конечности и пальцы не регенерируют. Образуются обрубки, культи. Приходится делать протезы. Но вот в 1972 году появилось сенсационное сообщение: австралийский детский хирург Дуглас после гильотинной ампутации (без зашивания раневой поверхности кожей) получил регенерацию типичных ногтевых фаланг пальцев. Через два года в Англии Иллингворт (1974) подтвердила эти результаты. Регенерировали типичные ногтевые фаланги пальцев с костью, мышцами, ногтями и кожей с ее характерным рисунком (рис. 12). Далее такие же данные были получены в Германии, США и других странах, в нашей стране — профессором С. Н. Долецким (1976).

Итак, регенерацию пальцев можно получить и у человека — у детей до 5—6 лет.

Установление закономерности утраты и восстановления регенерационной способности конечностей у позвоночных привело к созданию нового направления исследований в учении о регенерации. После описанных исследований мы перешли к работе над восстановлением регенерационной способности ряда других органов у млекопитающих и человека, в том числе таких жизненно важных, как сердце и головной мозг, и уже в настоящее время получили некоторые важные результаты.

Работы в этой области должны быть продолжены.