دانشمندان در مسیر کشف مسیر سیگنال‌دهی پشت‌صحنه ترمیم اعضا

بسیاری از سمندرها می‌توانند به‌راحتی اندام ازدست‌رفته خود را بازتولید کنند؛ اما پستانداران بالغ، ازجمله انسان‌ها این توانایی را ندارند. دلیل این مسئله معمایی علمی است که مشاهده‌گران دنیای طبیعی را هزاران سال است مسحور خود کرده است.

اکنون، گروهی از دانشمندان به سرپرستی دکترجیمز گادویناز آزمایشگاه بیولوژیکی ام‌دی‌آی در آمریکا قدمی به کشف این راز نزدیک شده‌اند که چرا سمندرها می‌توانند خود را ترمیم کنند؛ درحالی‌که پستانداران این توانایی را ندارند. آن‌ها تفاوت‌هایی در مسیر سیگنال‌دهی مولکولی کشف کرده‌اند که موجب ترمیم اعضا در اکسولوتل (سمندر مکزیکی) می‌شود؛ اما در موش بالغ مانع از این کار می‌شود. اکسولوتل سمندری با توانایی ترمیم بسیار زیاد است.هرمان هالررئیس مؤسسه گفت:

دانشمندان آزمایشگاه بیولوژیکی ام‌دی‌آی از زمان تأسیس آن در سال ۱۸۹۸ برای دستیابی به بینش‌هایی درزمینه سلامت انسان روی زیست‌شناسی مقایسه‌ای تکیه کرده‌اند. نتایجی که جیمز گادوین با انجام مطالعات مقایسه‌ای روی اکسولوتل و موش به‌دست آورده است، اثباتی بر این ایده است که یادگیری از طبیعت امروز هم به‌اندازه بیش از ۱۲۰ سال پیش معتبر است.

پستانداران به‌جای ترمیم بخش‌های ازدست‌رفته یا آسیب‌دیده بدن، معمولا در محل جراحت جای زخم ایجاد می‌کنند. ازآنجاکه جای زخم مانع فیزیکی دربرابر ترمیم عضو ایجاد می‌کند، پژوهش‌های مرتبط با پزشکی ترمیمی در آزمایشگاه بیولوژیکی ام‌دی‌آی روی درک این موضوع متمرکز شده است که چرا اکسولوتل جای زخم ایجاد نمی‌کند یا چرا به همان روشی که موش و پستانداران دیگر به جراحت پاسخ می‌دهند، دربرابر جراحت پاسخ نمی‌دهد. گادوین گفت:

پژوهش‌های ما نشان می‌دهد انسان‌ها از توانایی کشف‌نشده‌ای برای بازسازی برخوردار هستند. اگر بتوانیم مشکل ایجاد جای زخم را حل کنیم، ممکن است بتوانیم به این قابلیت پنهان خود دست پیدا کنیم. اکسولوتل جای زخم ایجاد نمی‌کند؛ به‌همین‌دلیل، می‌تواند خود را ترمیم کند. باوجوداین، وقتی جای زخم تشکیل شد، دیگر بازسازی ممکن نیست. اگر بتوانیم از ایجاد جای زخم در انسان‌ها جلوگیری کنیم، می‌توانیم کیفیت زندگی را برای بسیاری از افراد افزایش دهیم.

اکسولوتل به‌عنوان مدلی برای احیا

اکسولوتل که در حیا‌ت‌وحش تقریبا به‌کلی منقرض شده است، به‌‌دلیل توانایی منحصر‌به‌فردشان در ترمیم، مدل محبوبی برای پژوهش‌های پزشکی ترمیمی است. درحالی‌که بیشتر سمندرها توانایی احیا دارند، اکسولوتل می‌تواند تقریبا هر بخشی از بدن ازجمله مغز، قلب، آرواره‌ها، اندام‌های حرکتی، ریه‌ها، تخمدان‌ها، نخاع، پوست، دم و قسمت‌های دیگر را بازسازی کند.

ازآنجاکه رویان و افراد نابالغ پستانداران توانایی احیا را دارند (برای مثال، نوزادان انسان می‌توانند بافت قلب و کودکان انسان می‌توانند نوک انگشت خود را بازسازی کنند)، این احتمال وجود دارد که پستانداران بالغ کد ژنتیکی موردنیاز برای بازسازی را حفظ کرده باشند. براین‌اساس، ممکن است بتوان داروهایی ساخت که موجب شود انسان‌ها بافت‌ها و ارگان‌های ازدست‌رفته براثر بیماری یا جراحت را به‌جای اینکه اثر زخمی تشکیل دهند، ترمیم کنند.

_{اکسولوتل یا سمندر مکزیکی که اکنون در طبیعت تقریبا منقرض شده است، به‌دلیل قدرت منحصربه‌فرد بازسازی مدل محبوبی در پزشکی ترمیمی است.}

گادوین در پژوهش اخیرش با هدف شناسایی خاصیتی از ماکروفاژهای (از سلول‌های ایمنی) اکسولوتل که موجب تحریک بازسازی می‌شود، ماکروفاژهای اکسولوتل با این سلول‌ها در موش مقایسه کرد. پژوهش جدید گادوین برپایه مطالعات قبلی انجام شده است که در آن دریافته بود ماکروفاژها برای بازسازی حیاتی هستند: وقتی آن‌ها وجود نداشته باشند، اکسولوتل به‌جای ترمیم درست مانند پستانداران، جای زخم تشکیل می‌دهد.

پژوهش اخیر نشان داد وقتی موش و اکسولوتل درمعرض عوامل بیماری‌زایی مانند باکتری‌ها و قارچ‌ها و ویروس‌ها قرار می‌گرفتند، سیگنال‌دهی ماکروفاژ در هر دو جانور مشابه بود؛ اما هنگام مواجهه با جراحت، داستان متفاوتی وجود داشت: سیگنال‌دهی ماکروفاژها در اکسولوتل باعث رشد بافت جدید می‌شد؛ درحالی‌که در موش موجب ایجاد زخم می‌شد.

طبق گزارش مقاله، پاسخ سیگنال‌دهی گروهی از پروتئین‌ها به نام تی‌ال‌آرها (TLRs) که به ماکروفاژها امکان می‌دهند تهدیدی مانند عفونت یا آسیب بافتی را تشخیص دهند و پاسخ پیش‌التهابی را القا کنند، به‌طور غیرمنتظره‌ای در پاسخ به جراحت در اکسولوتل و موش متفاوت بود. این یافته پنجره‌ای جذاب رو به کشف مکانیسم‌های حاکم بر بازسازی در اکسولوتل می‌گشاید.

_{گروهی از دانشمندان به سرپرستی دکتر جیمز گادوین قدمی به کشف این راز نزدیک شده‌اند که چرا سمندرها قدرت ترمیمشان را دارند؛ درحالی‌که پستانداران این توانایی را ندارند. گادوین در تصویر در حالی‌ دیده می‌شود که مخزن حاوی اکسولوتل را در دست گرفته است.}

کشف مسیر سیگنال‌دهی جایگزینی که با بازسازی سازگار باشد، درنهایت می‌تواند به درمان‌های پزشکی ترمیمی برای انسان‌ها منجر شود. اگرچه رشد مجدد اندام انسان ممکن است در کوتاه‌مدت واقع‌بینانه نباشد، فرصت‌های فراوانی برای ایجاد درمان‌هایی وجود دارد که پیامدهای بالینی را در بیماری‌هایی بهبود بخشد که در آن‌ها جای زخم نقش مهمی در آسیب‌شناسی دارد؛ ازجمله بیماری‌های قلب، کلیه، کبد و ریه. گادوین گفت:

در حال نزدیک‌شدن به درک این موضوع هستیم که چگونه ماکروفاژهای اکسولوتل برای بازسازی آماده می‌شوند و ما را به این توانایی نزدیک‌تر می‌کند که بتوانیم روند بازسازی را در انسان فعال کنیم. برای مثال، توانایی استعمال هیدروژلی موضعی را در محل زخم تصور می‌کنم که حاوی ترکیبی است و باعث تغییر رفتار ماکروفاژهای انسان می‌شود تا مانند ماکروفاژهای اکسولوتل رفتار کنند.

گادوینِ ایمنی‌شناس به‌دلیل نقش سیستم ایمنی در آماده‌سازی زخم برای ترمیم تصمیم گرفت عملکرد سیستم ایمنی را در بازسازی مطالعه کند. پژوهش اخیر او درها را به روی یافتن گره‌های مهم در مسیرهای سیگنال‌دهی TLR می‌گشاید که محیط ایمنی منحصربه‌فردی برای احیای اکسولوتل و ترمیم عاری از جای رخم فراهم می‌کند.

مقاله مرتبط با این پژوهش در مجلهDevelopmental Dynamicsمنتشر شده است.