Человек наращивает корни

Ради надежды на регенерацию органов можно отступить перед инфекцией

На протяжении последних трех недель различные СМИ переваривают новость: оказывается, и человеческие органы могут регенерировать. Пока, правда, только зубы. На обломанный зуб укладывается небольшое устройство размером с горошину и начинает массировать корень ультразвуком низкой интенсивности. Прибор его создатели назвали, по сложившийся ныне моде, интригующим словом значением LIPUS. Выглядит как ученая латынь, а в действительности — просто сокращение от «low-intensity pulsed ultrasound», что означает «ультразвук низкой интенсивности».

 

 

За полученное изобретение его авторы — стоматолог широкого профиля Тарек Эль-Биали (Tarek El-Bialy) и инженеры Цзе Чэнь (Jie Chen) и Ин Цзуй (Ying Tsui) — получили награду от Канадского Совета по естественным наукам и прикладным исследованиям (NSERC), о чем сообщила 27 июня пресс-служба канадского университета Альберты, где вся эта троица и работает в настоящее время. Следует, правда, сразу оговориться: в пресс-релизе использована немного необычная формулировка — «награждены грантом», то есть трое ученых, хотя и получили деньги, но вместе с тем приняли на себя и обязательства довести свое изобретение до промышленного образца, которое можно будет запускать в серийное производство и использовать в повседневной клинической практике.

Ультразвуковой массажер LIPUS лучше всего проявит себя, будучи укреплен на брекетах для вырвнивания зубов. Он поможет избежать возможных повреждений. Фото: cadmanof50s

Решающую роль в изобретении канадцев сыграло открытие десятилетней давности, сделанное Тареком Эль-Биали, когда он, только-только защитив диссертацию, проходил стажировку в университете штата Иллинойс в Чикаго. Тогда он работал с мышами, про которых и так известно, что вместо выбитого или поломанного зуба у них вырастает новый. Но Тарек Эль-Биали обнаружил, что ультразвук низкой интенсивности очень способствует этому процессу и его ускоряет. Идея попробовать применить тот же принцип на человеческих зубах представляется более чем естественной, хотя вряд ли тогда он ожидал того результата, который получили. Можно было рассчитывать, что ультразвук укрепит корневую ткань под сломанным зубом или костную ткань под удаленным, облегчив, тем самым, имплантацию протеза. Но чтобы вдруг вместо сломанного зуба рос новый — это настоящая сенсация!

Авторы изобретения признаются, что у них нет пока теории, объясняющей действие их аппарата: «Основные направления наших исследований связаны с экспериментальной стоматологией. Просто поразительно осознавать, сколь велика доля наших знаний, получаемых случайно или эмпирическим путем». К тому же успех, при всем при том, пока относительный: ультразвук стимулирует рост только внутренней части зуба, но не эмали. Тем не менее первый шаг к регенерации органов человеком сделан. В человеческой природе относиться к телу бережно. Всем хорошо известно, что оторванная нога обратно не прирастет, выбитый глаз назад не вставится, и даже от раны навсегда останется шрам. Человек знает об этом на уровне инстинкта: утрата не то что пальца — одной фаланги переживается тяжело и нередко вызывает депрессию. Способность же к регенерации органов у других животных всегда будила в наших предках сложное чувство, похожее на смесь благоговейного изумления с завистью и нашедшее отражение во множестве древних мифов — начиная от сказке о змее-Горыныче с тремя головами до рассказа о подвиге Гера

Тарек Эль-Биали показывает, как выглядит придуманное им устройство. На заднем плане его помощники, реализовавшие идею, — Цзе Чэнь и Ин Цзуй. Фото: Shaughn Butts

кла, победившего Гидру. Систематическими исследования животных, обладающих такой способностью, уже в Новое время занимался итальянский биолог аббат Ладзаро Спалланцани. Он поразил научный мир своей дотошностью: его опыты стоили жизни трем сотням саламандр, семи сотням улиток, а также бесчисленному множеству кроговерток и тихоходов. В результате этих опытов он составил полный список органов, способных к регенерации. От хвоста ящерицы до головы улитки, от щупальцев гидры до капюшона саламандры.

Вольтер был потрясен, когда услышал о невероятных результатах этих опытов от самого Спалланцани, приехавшего навестить старого друга в замке Сирей, где тот гостил у маркизы дю Шатле. К несчастью в изобилии живших вокруг виноградных улиток, Вольтером овладела страсть естествоиспытателя, и он предался сбору различных беспозвоночных, которым отрезал разные части тела, дабы проверить, вырастут на их месте новые. В начале лета 1768 года он писал Спалланцани: «27 мая около девяти часов утра, погода была очень ясной. Я отрезал головы со всеми их четырьмя антеннами двадцати слизням темно-красного цвета без раковин и двенадцати улиткам с панцирем. Кроме того, я отрезал головы еще восьми улиткам, но между двух антенн. По прошествии пятнадцати дней у двух моих слизней появились нарождающиеся головы; они начали есть и у них обозначились четыре антенны. Остальные тоже в неплохом состоянии. Из улиток умерло не больше половины. Они ползают, забираются на стену, вытягивают шею, но признаки новой головы пока только у одной».

Однако как ни был Вольтер потрясен способностью этих довольно крупных животных вполне неплохо себя чувствовать без головы и терпеливо дожидаться отрастания новой, ему, как и всем современным ему биологам надлежало смириться с неспособностью млекопитающих восстанавливать утраченные органы, за исключением, быть может, зубов. Пальцы, уши, хвосты, язык и нос, если их однажды отрезали, терялись навсегда. Никто тогда не думал, что ХХ век обернется неожиданностями.

Отверстия, проделанные в ушах мышей контрольной группы (слева), практически не изменялись со временем. А у MRL-мышей (справа) такие же отверстия зарастали довольно быстро. Фото с сайта BBC

Начались неожиданности в 1998 году в лаборатории Пенсильванского университета, которой руководит Эллен Хебер-Кац (Ellen Heber-Katz), когда там собирались провести опыты над мышами. Различных версий, что же именно тогда произошло, не меньше, чем рассказов о том, как Гальвани обнаружил «животное электричество». Чаще других вспоминают несчастную лаборантку, которая никак не могла проколоть мышам уши, и чуть было не лишилась своей работы за халатность. Но тут выяснилось, что уши у мышей просто быстро зарастают. Причем речь шла не об обыкновенных проколах, вроде как для сережек, а о довольно больших дырках, миллиметров пять в диаметре, за которые крепилась маркировочная бирка. Сама Хебер-Кац подробно описала произошедшее в своей вышедшей в 2004 году книге, а этой весной Би-би-си показало, что именно происходит с ушами у себя на сайте (см. «Mouse sheds light on regeneration»).

Эллен Хебер-Кац и ее сотрудники были потрясены не меньше Вольтера, когда обнаружили, что и на месте отрезанных пальцев появились новые. И это были именно пальцы — не какие-нибудь культи — со всеми положенными суставами и коготками. Правда, все свои опыты они проделывали с не совсем обычной мышью. Точнее, с совсем не обычной. В конце 80-х ее вывели методами генной инженерии два американских иммунолога Эдвард Мерфи (Edward Murphy) и Джон Ротс (John Roths), благодаря чему она стала известна как «большая мышь Мерфи и Ротса» или сокращенно MRL-мышь. Главной их целью было подавить иммунную систему животного, а уж то, что оно при этом оказалось ненормально больших размеров — так этого никто не ждал и к этому не стремился.

А подавления иммунной системы им хотелось добиться именно для улучшения регенеративных способностей организма. Мерфи и Ротс исходили из предпосылки, что эти два механизма, с помощью которых организм борется с болезнями, связаны друг с другом чем-то вроде принципа дополнительности: чем лучше развито одно, тем больше оно мешает развитию другого. В процессе эволюции эти два способа разделились между различными видами: слизнякам и улиткам полезнее уметь отращивать новые головы, которые у них, видимо, летят чаще, чем у людей; а для высших позвоночных инфекции представляют гораздо большую опасность, чем телесные повреждения.

Выведенные Мерфи и Ротсом мыши готовили новые потрясения для сотрудников Хебер-Кац. После искусственного нанесения повреждений на поверхностную ткань сердца, эти повреждения рассасывались, не оставляя рубца. Хебер-Кац впервые обнародовала эти результаты для широкой общественности в 2001 году в беседе с корреспондентом газеты «New York times» (7 августа 2001): «Человеческое сердце зарастало бы так же, если бы процесс рубцевания не шел так быстро». Но дело не только в этом. Даже у обычной мыши делятся в лучшем случае 1-3% клеток сердечной мышцы. А у человека и того меньше. У мыши MRL делится 20% клеток.

Тем не менее работы Хебер-Кац и ее коллег приоткрывают некоторые секреты регенерации. Волна интереса к ее работам, поднявшаяся весной этого года на фоне растущего интереса к инженерным новациям Тарека Эль-Биали с коллегами, не случайна. Многолетние усилия понять, как работают иммунные механизмы организма, давно привели к пониманию, что стимуляция иммунитета имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Им нужно научиться управлять, стимулируя, когда необходимо противостоять инфекции, или подавляя, когда нужно стимулировать способность к регенерации.