Регенерация и репарация тканей

Как организмы восстанавливают утраченные и поврежденные ткани, повторно используя программы развития в различной степени у разных видов.

Definition

Регенерация тканей — это восстановление или функциональная замена утраченных или поврежденных клеток, тканей или придатков; репарация — это более широкое восстановление целостности тканей после повреждения, которое может привести к регенерации исходной структуры или формированию замещающей структуры, такой как рубец.

Scope

Эта тема охватывает биологию регенерации: контраст между эпиморфной регенерацией (восстановление структуры, как в случае конечностей амфибий) и поддержанием тканей резидентными стволовыми клетками, формирование и роль бластемы, реактивацию сигнальных путей развития, а также причины широкого разнообразия регенеративной способности у животных. Процессы репарации, такие как заживление ран, рассматриваются как связанные реакции.

Core questions

• Как организмы восстанавливают утраченные структуры, такие как конечности или органы?
• Что такое бластема, и как она восстанавливает отсутствующую часть?
• Почему некоторые виды способны к обширной регенерации, в то время как другие в основном образуют рубцы?
• Как реактивируются программы развития во время регенерации?

Key concepts

• Эпиморфная регенерация
• Бластема
• Поддержание тканей резидентными стволовыми клетками
• Реактивация сигнальных путей развития
• Различия в регенеративной способности

Key theories

Регенерация как повторное использование программ развития

Регенерация в значительной степени повторно использует клеточные программы эмбрионального развития — пролиферацию, паттернинг и дифференцировку — так что восстановление утраченной структуры воспроизводит аспекты того, как она изначально формировалась.

Mechanisms

После травмы регенерация может протекать различными путями. При эпиморфной регенерации, примером которой является восстановление конечностей амфибий, клетки в области раны дедифференцируются или мобилизуются для образования бластемы — массы пролиферирующих клеток-предшественников, которая восстанавливает позиционную информацию и отстраивает отсутствующую структуру посредством паттернинга и дифференцировки. В тканях с высокой скоростью обновления резидентные стволовые клетки постоянно замещают утраченные клетки. Регенерация реактивирует сигнальные пути развития для восстановления паттерна и идентичности. Виды значительно различаются по регенеративной способности: от высокорегенеративных животных, способных восстанавливать целые части тела, до тех, у кого репарация чаще приводит к образованию рубцовой ткани, а не исходной структуры.

Clinical relevance

Понимание того, как некоторые животные регенерируют органы, стимулирует развитие регенеративной медицины и тканевой инженерии, направленных на улучшение репарации у человека, где большинство травм заживают с образованием рубцов. Данная статья носит образовательный характер и не содержит медицинских или лечебных рекомендаций.

History

Регенерация привлекала биологов с XVIII века, когда были сделаны наблюдения за восстановлением конечностей у амфибий; классические эксперименты на регенерирующих животных помогли определить концепции позиционной информации, которые позднее оказали более широкое влияние на биологию развития.

Key figures

• Thomas Hunt Morgan
• Lazzaro Spallanzani

Seminal works

• gilbert2016
• wolpert2015

Frequently asked questions

Что такое бластема?

Это масса пролиферирующих клеток-предшественников, которая образуется в месте ампутации у регенерирующих животных и восстанавливает отсутствующую структуру.

Почему люди не могут восстанавливать утраченные конечности?

Ткани человека обладают ограниченной способностью реактивировать программы развития, необходимые для полного восстановления, поэтому серьезные травмы обычно заживают с образованием рубцовой ткани, а не путем регенерации исходной структуры.