Регенерация в биологии: процессы восстановления и роста тканей.

Введение

Биологический процесс обновления, восстановления и роста тканей.

Регенерация в биологии – это процесс обновления, восстановления и роста тканей, который обеспечивает устойчивость геномов, клеток, организмов и экосистем к естественным колебаниям или событиям, вызывающим нарушения или повреждения. Каждый вид способен к регенерации, от бактерий до человека. Регенерация может быть полной, когда новая ткань идентична утраченной, после чего некротическая ткань становится фиброзной. Однако в биологии регенерация в основном относится к морфогенным процессам, характеризующим фенотипическую пластичность признаков, позволяющую многоклеточным организмам восстанавливать и поддерживать целостность своего физиологического и морфологического состояния. Регенерация регулируется, прежде всего, асексуальными клеточными процессами, выше генетического уровня. Регенерация отличается от размножения. Например, гидра способны к регенерации, но размножаются почкованием. Регенеративный процесс протекает в две многоступенчатые фазы: подготовительную и фазу восстановления. Регенерация начинается с ампутации, которая запускает первую фазу. Сразу после ампутации мигрирующие эпидермальные клетки формируют эпителий раны, который утолщается за счет деления клеток в течение первой фазы, образуя колпачок вокруг места повреждения. После получения ранения их клетки активируются и восстанавливают органы до их прежнего состояния. Caudata (саламандры и тритоны), отряд хвостатых земноводных, возможно, является наиболее способной к регенерации группой позвоночных, учитывая их способность регенерировать конечности, хвосты, челюсти, глаза и различные внутренние структуры. Эхинодермы (например, морские звезды), раки, многие рептилии и амфибии демонстрируют замечательные примеры регенерации тканей. Например, автотомия служит защитной функцией, когда животное отбрасывает конечность или хвост, чтобы избежать захвата. После автотомии клетки активизируются, и ткани регенерируют. В некоторых случаях отброшенная конечность может сама регенерировать новую особь. Ограниченная регенерация конечностей наблюдается у большинства рыб и саламандр, а регенерация хвоста – у личинок лягушек и жаб (но не у взрослых особей). Целая конечность саламандры или тритона будет многократно отрастать после ампутации. У рептилий – черепах, крокодилов и змей – нет способности к регенерации утраченных частей, но многие (не все) виды ящериц, гекконов и игуан обладают высокой регенеративной способностью. Обычно это включает отбрасывание части хвоста и его последующую регенерацию как часть защитного механизма. При побеге от хищника, если хищник схватил хвост, он отсоединяется.

Regeneration in biology is the process of renewal, restoration, and tissue growth that makes genomes, cells, organisms, and ecosystems resilient to natural fluctuations or events that cause disturbance or damage. Every species is capable of regeneration, from bacteria to humans. Regeneration can either be complete where the new tissue is the same as the lost tissue, after which the necrotic tissue becomes fibrotic. Regeneration in biology, however, mainly refers to the morphogenic processes that characterize the phenotypic plasticity of traits allowing multi cellular organisms to repair and maintain the integrity of their physiological and morphological states. Above the genetic level, regeneration is fundamentally regulated by asexual cellular processes. Regeneration is different from reproduction. For example, hydra perform regeneration but reproduce by the method of budding. The regenerative process occurs in two multi step phases: the preparation phase and the redevelopment phase. Regeneration begins with an amputation which triggers the first phase. Right after the amputation, migrating epidermal cells form a wound epithelium which thickens, through cell division, throughout the first phase to form a cap around the site of the wound. Once wounded, their cells become activated and restore the organs back to their pre existing state. The Caudata ("urodeles"; salamanders and newts), an order of tailed amphibians, is possibly the most adept vertebrate group at regeneration, given their capability of regenerating limbs, tails, jaws, eyes and a variety of internal structures. Echinoderms (such as the sea star), crayfish, many reptiles, and amphibians exhibit remarkable examples of tissue regeneration. The case of autotomy, for example, serves as a defensive function as the animal detaches a limb or tail to avoid capture. After the limb or tail has been autotomized, cells move into action and the tissues will regenerate. In some cases a shed limb can itself regenerate a new individual. Limited regeneration of limbs occurs in most fishes and salamanders, and tail regeneration takes place in larval frogs and toads (but not adults). The whole limb of a salamander or a triton will grow repeatedly after amputation. In reptiles, chelonians, crocodilians and snakes are unable to regenerate lost parts, but many (not all) kinds of lizards, geckos and iguanas possess regeneration capacity in a high degree. Usually, it involves dropping a section of their tail and regenerating it as part of a defense mechanism. While escaping a predator, if the predator catches the tail, it will disconnect.

Экосистемы

Экосистемы способны к восстановлению. После нарушения, такого как пожар или вспышка численности вредителей в лесу, пионерные виды заселяют, конкурируют за пространство и закрепляются в новообразовавшейся среде обитания. Возобновление роста саженцев и процесс формирования сообщества известно как регенерация в экологии.

Молекулярные основы клеток

Формирование узоров в морфогенезе животного регулируется генетическими факторами индукции, которые активируют клетки после повреждения. Например, нервные клетки экспрессируют белки, связанные с ростом, такие как GAP 43, тубулин, актин, целый ряд новых нейропептидов и цитокинов, которые индуцируют клеточный физиологический ответ для регенерации после повреждения. Многие гены, участвующие в изначальном развитии тканей, вновь активируются в процессе регенерации. Клетки в зачатках плавников данио-рерио, например, экспрессируют четыре гена из семейства гомеобокс msx как в процессе развития, так и в процессе регенерации.

Ткани

Стратегии включают в себя перестройку существующей ткани, использование взрослых соматических стволовых клеток и дедифференциацию и/или трансдифференциацию клеток, и более одного механизма может функционировать в разных тканях одного и того же животного. В ходе развития активируются гены, которые изменяют свойства клеток по мере их дифференцировки в различные ткани. Развитие и регенерация включают координацию и организацию популяций клеток в бластему – “скопление стволовых клеток, с которого начинается регенерация”. Дедифференциация клеток означает, что они теряют свои тканеспецифические характеристики в процессе ремоделирования тканей при регенерации. Это не следует путать с трансдифференциацией, когда клетки теряют свои тканеспецифические характеристики в процессе регенерации, а затем повторно дифференцируются в клетки другого типа. Регенерационная способность ограничена стадией развития и способностью к линьке. Ракообразные, постоянно линяющие, способны к регенерации на протяжении всей жизни. Хотя циклы линьки обычно регулируются гормонально, ампутация конечности может индуцировать преждевременную линьку. Гемиметаболические насекомые, такие как сверчки, могут регенерировать конечности на стадии нимфы, до финальной линьки. Голометаболические насекомые могут регенерировать придатки на стадии личинки перед финальной линькой и метаморфозом. Например, личинки жуков способны регенерировать ампутированные конечности. Личинки плодовой мушки не имеют конечностей, но могут регенерировать зачатки придатков – имагинальные диски. В обеих системах рост новой ткани задерживает окукливание. Механизмы, лежащие в основе регенерации конечностей и придатков у насекомых и ракообразных, в значительной степени консервативны. В процессе регенерации конечностей виды из обеих таксонов формируют бластему, которая пролиферирует и растет, чтобы восстановить утраченную ткань.

Регенерация яда

Паукообразные, включая скорпионов, способны к регенерации яда, однако состав регенерированного яда отличается от первоначального в процессе регенерации, так как объем яда восстанавливается раньше, чем происходит полное восполнение активных белков.

Модель плодовой мухи

Плодовая мушка Drosophila melanogaster является полезной модельной системой для изучения молекулярных механизмов, управляющих регенерацией, в особенности регенерацией кишечника и зародышевой линии.

Аннелиды

Многие кольчатые черви (сегментированные черви) способны к регенерации. Например, Chaetopterus variopedatus и Branchiomma nigromaculata могут регенерировать как переднюю, так и заднюю части тела после поперечного деления. Связь между регенерацией соматических и зародышевых стволовых клеток изучалась на молекулярном уровне у кольчатого червя Capitella teleta. Однако пиявки, по-видимому, не способны к сегментарной регенерации. Более того, их близкие родственники, бранхиобделлиды, также не способны к сегментарной регенерации. Морфаллаксис включает в себя дедифференцировку, трансформацию и редифференцировку клеток для регенерации тканей. Степень выраженности морфаллактической регенерации у олигохет в настоящее время недостаточно изучена. Хотя о морфаллаксисе сообщается относительно редко, возможно, что она является распространенным механизмом межсегментарной регенерации у кольчатых червей. После регенерации у L. variegatus ранее задние сегменты иногда становятся передними в новой ориентации тела, что согласуется с морфаллаксисом. После ампутации большинство кольчатых червей способны быстро сокращая мышцы, герметизировать свое тело. Сокращение мышц тела может способствовать предотвращению инфекции. У некоторых видов, таких как Limnodrilus, аутолиз можно наблюдать в течение нескольких часов после ампутации в эктодерме и мезодерме. Считается также, что ампутация вызывает значительную миграцию клеток к месту повреждения, где они формируют раневой сгусток.

Иглокожие

Регенерация тканей широко распространена среди эхинодерм и хорошо задокументирована у морских звезд (Asteroidea), морских огурцов (Holothuroidea) и морских ежей (Echinoidea). Изучение регенерации конечностей у эхинодерм ведется как минимум с XIX века. Помимо конечностей, некоторые виды способны регенерировать внутренние органы и части центральной нервной системы. В ответ на повреждение морские звезды могут осуществлять автотомию поврежденных конечностей. Автотомия – это самоампутация части тела, как правило, конечности. В зависимости от степени повреждения, морские звезды затем в течение четырех недель регенерируют утраченную конечность. Для регенерации конечности некоторые виды должны сохранять клетки ротовой полости, поскольку для этого процесса требуется энергия.

Планьеры (Platyhelminthes)

Исследования регенерации с использованием планарий начались в конце 1800-х годов и были популяризированы Т. Х. Морганом в начале 20-го века. Алехандро Санчес Альварадо и Филип Ньюмарк превратили планарий в модельный генетический организм в начале 20-го века для изучения молекулярных механизмов, лежащих в основе регенерации у этих животных. Планарии обладают необычайной способностью восстанавливать утраченные части тела. Например, планария, разрезанная вдоль или поперек, регенерирует в два отдельных организма. В одном эксперименте Т. Х. Морган обнаружил, что кусок, составляющий 1/279 часть планарии, после ампутации, формирует бластему из необластов – плюрипотентных клеток, присутствующих во всем теле планарии. Новая ткань растет из необластов, при этом необласты составляют от 20 до 30% всех клеток планарии. Чтобы предотвратить голодание, планария использует собственные клетки для получения энергии, это явление известно как дерост. Таким образом, они могут полностью регенерировать свои конечности, хвост, челюсти и сетчатку посредством эпиморфной регенерации, приводящей к функциональной замене новой тканью. Регенерация конечностей саламандры происходит в два основных этапа. Сначала местные клетки дедифференцируются в месте раны в прогениторные клетки, образуя бластему. Затем клетки бластемы подвергаются клеточной пролиферации, формированию паттерна, клеточной дифференцировке и росту тканей, используя сходные генетические механизмы, которые действовали во время эмбрионального развития. Эпидермальные клетки продолжают мигрировать над зоной раны, формируя утолщенный, специализированный сигнальный центр, называемый апикальной эпителиальной крышкой (АЭК). В течение следующих нескольких дней происходят изменения в тканях культи, приводящие к формированию бластемы (массы дедифференцированных пролиферирующих клеток). По мере формирования бластемы активируются гены формирования паттерна, такие как HoxA и HoxD, как это происходило при формировании конечности в эмбрионе. Позиционная идентичность дистального конца конечности (т.е. автопода, который является рукой или ногой) формируется первой в бластеме. Промежуточные позиционные идентичности между культей и дистальным концом затем заполняются посредством процесса, называемого интеркалацией. Когда их удаляли, саламандры теряли способность к регенерации и вместо этого образовывали рубцовую ткань. Аксолотль – саламандра *Ambystoma mexicanum*, организм с исключительными способностями к регенерации конечностей, вероятно, подвергается эпигенетическим изменениям в клетках бластемы, которые усиливают экспрессию генов, участвующих в регенерации конечностей. У аксолотля очень мало крови и избыток эпидермальных клеток. Это позволяет пораженной области процветать благодаря эпидермальным клеткам, а продолжающаяся экспрессия генов позволяет области регенерировать до своего естественного состояния. Несмотря на исторически небольшое количество исследователей, изучающих регенерацию конечностей, в последнее время был достигнут значительный прогресс в установлении неотенической амфибии аксолотля (*Ambystoma mexicanum*) в качестве модельного генетического организма. Этому прогрессу способствовали достижения в геномике, биоинформатике и трансгенезе соматических клеток в других областях, что создало возможность исследовать механизмы важных биологических свойств, таких как регенерация конечностей, у аксолотля. Центр генетических ресурсов амбистомы (AGSC) – это самоподдерживающаяся размножающаяся колония аксолотлей, поддерживаемая Национальным научным фондом в качестве коллекции живых ресурсов. Расположенный в Университете Кентукки, AGSC занимается поставкой генетически хорошо охарактеризованных эмбрионов, личинок и взрослых аксолотлей в лаборатории по всей территории Соединенных Штатов и за рубежом. Грант NCRR, финансируемый NIH, привел к созданию базы данных Ambystoma EST, проекта Salamander Genome Project (SGP), который привел к созданию первой карты генов амфибий и нескольких аннотированных баз данных молекулярных данных, а также к созданию веб-портала для исследовательского сообщества. В 2022 году первая пространственно-временная карта выявила ключевые сведения о регенерации мозга аксолотля, а также предоставила интерактивный Атлас пространственно-временной интерпретации регенеративного телеэнцефалона аксолотля.

Regeneration research using Planarians began in the late 1800s and was popularized by T. H. Morgan at the beginning of the 20th century. Alejandro Sanchez Alvarado and Philip Newmark transformed planarians into a model genetic organism in the beginning of the 20th century to study the molecular mechanisms underlying regeneration in these animals. Planarians exhibit an extraordinary ability to regenerate lost body parts. For example, a planarian split lengthwise or crosswise will regenerate into two separate individuals. In one experiment, T. H. Morgan found that a piece corresponding to 1/279th of a planarian After amputation, stump cells form a blastema formed from neoblasts, pluripotent cells found throughout the planarian body. New tissue grows from neoblasts with neoblasts comprising between 20 and 30% of all planarian cells. In order to prevent starvation a planarian will use their own cells for energy, this phenomenon is known as de growth. As such, they can fully regenerate their limbs, tail, jaws, and retina via epimorphic regeneration leading to functional replacement with new tissue. Salamander limb regeneration occurs in two main steps. First, the local cells dedifferentiate at the wound site into progenitor to form a blastema. Second, the blastemal cells will undergo cell proliferation, patterning, cell differentiation and tissue growth using similar genetic mechanisms that deployed during embryonic development. Epidermal cells continue to migrate over the WE, resulting in a thickened, specialized signaling center called the apical epithelial cap (AEC). Over the next several days there are changes in the underlying stump tissues that result in the formation of a blastema (a mass of dedifferentiated proliferating cells). As the blastema forms, pattern formation genes – such as HoxA and HoxD – are activated as they were when the limb was formed in the embryo. The positional identity of the distal tip of the limb (i. e. the autopod, which is the hand or foot) is formed first in the blastema. Intermediate positional identities between the stump and the distal tip are then filled in through a process called intercalation. were removed, salamanders lost their ability to regenerate and formed scarred tissue instead. The axolotl salamander Ambystoma mexicanum, an organism with exceptional limb regenerative capabilities, likely undergoes epigenetic alterations in its blastema cells that enhance expression of genes involved in limb regeneration. The Axolotl has very little blood and has an excess of epidermal cells. This allows the affected area to then flourish with epidermal cells and continued gene expression allows the area to regenerate to its natural being. In spite of the historically few researchers studying limb regeneration, remarkable progress has been made recently in establishing the neotenous amphibian the axolotl (Ambystoma mexicanum) as a model genetic organism. This progress has been facilitated by advances in genomics, bioinformatics, and somatic cell transgenesis in other fields, that have created the opportunity to investigate the mechanisms of important biological properties, such as limb regeneration, in the axolotl. The Ambystoma Genetic Stock Center (AGSC) is a self sustaining, breeding colony of the axolotl supported by the National Science Foundation as a Living Stock Collection. Located at the University of Kentucky, the AGSC is dedicated to supplying genetically well characterized axolotl embryos, larvae, and adults to laboratories throughout the United States and abroad. An NIH funded NCRR grant has led to the establishment of the Ambystoma EST database, the Salamander Genome Project (SGP) that has led to the creation of the first amphibian gene map and several annotated molecular data bases, and the creation of the research community web portal. In 2022, a first spatiotemporal map revealed key insights about axolotl brain regeneration, also providing the interactive Axolotl Regenerative Telencephalon Interpretation via Spatiotemporal Transcriptomic Atlas.

Модель лягушки

Ануран (лягушки) способны регенерировать свои конечности только на стадии эмбрионального развития. Реактивные формы кислорода (АФК) по-видимому, необходимы для запуска реакции регенерации у личинок ануранов. Производство АФК необходимо для активации Wnt-сигнального пути, который связан с регенерацией в других системах.

Гидра

Гидра – род пресноводных полипов из типа Cnidaria, обладающих высокопролиферативными стволовыми клетками, что обеспечивает им способность к регенерации всего тела. Любой фрагмент, содержащий более нескольких сотен эпителиальных клеток, отделившийся от тела, способен регенерировать в уменьшенную копию организма. Регенерация у гидры происходит как регенерация подошвы из базальной части тела, так и регенерация головного конца из апикальной области. Однако, в обоих случаях – регенерации подошвы и головного конца – возникают два различных молекулярных каскада: ранний ответ на повреждение и последующий, сигнально-зависимый путь регенерирующей ткани, приводящий к клеточной дифференцировке. Если гидру разрезать на две части, оставшиеся фрагменты формируют две полноценные и независимые гидры, приблизительно равные по размеру двум меньшим отделившимся фрагментам. Энхансер – это короткая последовательность ДНК (50–1500 пар оснований), к которой могут связываться факторы транскрипции для увеличения транскрипции определенного гена. В энхансерных областях, активирующихся во время регенерации головного конца, часто встречаются наборы мотивов транскрипционных факторов, которые, по-видимому, облегчают координированную экспрессию генов. Исследования на петухах показали, что птицы способны адекватно регенерировать некоторые части конечностей, и в зависимости от условий регенерации – возраста животного, взаимосвязи поврежденной ткани с другими мышцами и типа операции – может происходить полная регенерация некоторых мышечно-скелетных структур. Вербер и Голдшмидт (1909) обнаружили, что гуси и утки способны регенерировать клюв после частичной ампутации. Птицы также способны регенерировать волосковые клетки улитки после повреждения слухом или действием ототоксичных препаратов. Однако, современные исследования показывают, что репаративная регенерация у птиц ограничена периодами эмбрионального развития. Ряд методов молекулярной биологии успешно применяется для манипулирования клеточными путями, способствующими спонтанной регенерации в эмбрионах цыплят. Например, удаление части локтевого сустава у эмбриона цыпленка посредством вырезания окна или среза и сравнение специфических маркеров суставной ткани и маркеров хряща показали, что вырезание окна позволило 10 из 20 конечностей регенерировать и экспрессировать гены сустава аналогично развивающемуся эмбриону. В отличие от этого, срез не позволил суставу регенерировать из-за слияния скелетных элементов, что было выявлено по экспрессии маркеров хряща. Подобно физиологической регенерации волос у млекопитающих, птицы могут регенерировать свои перья для восстановления поврежденных или для привлечения партнеров своим оперением. Обычно сезонные изменения, связанные с сезоном размножения, запускают гормональный сигнал, побуждающий птиц к регенерации перьев. Это было экспериментально индуцировано с использованием гормонов щитовидной железы у кур породы Род-Айленд.

Hydra is a genus of freshwater polyp in the phylum Cnidaria with highly proliferative stem cells that gives them the ability to regenerate their entire body. Any fragment larger than a few hundred epithelial cells that is isolated from the body has the ability to regenerate into a smaller version of itself. Regeneration among hydra occurs as foot regeneration arising from the basal part of the body, and head regeneration, arising from the apical region. In both foot and head regeneration, however, there are two distinct molecular cascades that occur once the tissue is wounded: early injury response and a subsequent, signal driven pathway of the regenerating tissue that leads to cellular differentiation. If a hydra is cut into two pieces, the remaining severed sections form two fully functional and independent hydra, approximately the same size as the two smaller severed sections. An enhancer is a short DNA sequence (50–1500 base pairs) that can be bound by transcription factors to increase the transcription of a particular gene. In the enhancer regions that are activated during head regeneration, a set of transcription factor motifs commonly occur that appear to facilitate coordinated gene expression. on roosters have suggested that birds can adequately regenerate some parts of the limbs and depending on the conditions in which regeneration takes place, such as age of the animal, the inter relationship of the injured tissue with other muscles, and the type of operation, can involve complete regeneration of some musculoskeletal structure. Werber and Goldschmidt (1909) found that the goose and duck were capable of regenerating their beaks after partial amputation Birds are also capable of regenerating the hair cells in their cochlea following noise damage or ototoxic drug damage. Despite this evidence, contemporary studies suggest reparative regeneration in avian species is limited to periods during embryonic development. An array of molecular biology techniques have been successful in manipulating cellular pathways known to contribute to spontaneous regeneration in chick embryos. For instance, removing a portion of the elbow joint in a chick embryo via window excision or slice excision and comparing joint tissue specific markers and cartilage markers showed that window excision allowed 10 out of 20 limbs to regenerate and expressed joint genes similarly to a developing embryo. In contrast, slice excision did not allow the joint to regenerate due to the fusion of the skeletal elements seen by an expression of cartilage markers. Similar to the physiological regeneration of hair in mammals, birds can regenerate their feathers in order to repair damaged feathers or to attract mates with their plumage. Typically, seasonal changes that are associated with breeding seasons will prompt a hormonal signal for birds to begin regenerating feathers. This has been experimentally induced using thyroid hormones in the Rhode Island Red Fowls.

млекопитающие

Млекопитающие способны к клеточной и физиологической регенерации, но в целом обладают ограниченной репаративной регенеративной способностью. Самцы оленей ежегодно теряют рога в период с января по апрель, а затем восстанавливают их посредством регенерации. Рога оленя – единственный придаток млекопитающего, способный отрастать каждый год. Хотя репаративная регенерация – редкое явление у млекопитающих, она все же встречается. Хорошо задокументированным примером является регенерация кончика пальца дистальнее ногтевого ложа. Репаративная регенерация также наблюдалась у кроликов, пик и африканских колючих мышей. В 2012 году исследователи обнаружили, что два вида африканских колючих мышей, Acomys kempi и Acomys percivali, способны полностью регенерировать ткани, отторгнутые аутотомией или иным образом поврежденные. Эти виды могут восстанавливать волосяные фолликулы, кожу, потовые железы, шерсть и хрящи. Помимо этих двух видов, последующие исследования показали, что Acomys cahirinus способен регенерировать кожу и вырезанные ткани в ушной раковине. Несмотря на эти примеры, общепринято считать, что взрослые млекопитающие обладают ограниченной регенеративной способностью по сравнению с большинством эмбрионов/личинок позвоночных, взрослых саламандр и рыб. Однако подход к регенеративной терапии Роберта О. Беккера, основанный на электрической стимуляции, показал многообещающие результаты для крыс и млекопитающих в целом. Некоторые исследователи также утверждают, что штамм мышей MRL обладает повышенной регенеративной способностью. Исследования, сравнивающие дифференциальную экспрессию генов у мышей MRL, заживающих без образования рубцов, и мышей штамма C57BL/6, плохо заживающих, выявили 36 генов, отличающих процесс заживления у мышей MRL от других мышей. Изучение регенеративных процессов у этих животных направлено на то, чтобы выяснить, как воспроизвести их у человека, например, путем деактивации гена p21. Однако недавние исследования показали, что мыши MRL на самом деле закрывают небольшие отверстия в ушах рубцовой тканью, а не регенерируют их, как предполагалось ранее. Тем не менее, последние исследования свидетельствуют о том, что это не всегда так, и что мыши MRL могут регенерировать ткани после повреждения сердца.

Mammals are capable of cellular and physiological regeneration, but have generally poor reparative regenerative ability across the group. Male deer lose their antlers annually during the months of January to April then through regeneration are able to regrow them as an example of physiological regeneration. A deer antler is the only appendage of a mammal that can be regrown every year. While reparative regeneration is a rare phenomenon in mammals, it does occur. A well documented example is regeneration of the digit tip distal to the nail bed. Reparative regeneration has also been observed in rabbits, pikas and African spiny mice. In 2012, researchers discovered that two species of African spiny mice, Acomys kempi and Acomys percivali, were capable of completely regenerating the autotomically released or otherwise damaged tissue. These species can regrow hair follicles, skin, sweat glands, fur and cartilage. In addition to these two species, subsequent studies demonstrated that Acomys cahirinus could regenerate skin and excised tissue in the ear pinna. Despite these examples, it is generally accepted that adult mammals have limited regenerative capacity compared to most vertebrate embryos/larvae, adult salamanders and fish. But the regeneration therapy approach of Robert O. Becker, using electrical stimulation, has shown promising results for rats and mammals in general. Some researchers have also claimed that the MRL mouse strain exhibits enhanced regenerative abilities. Work comparing the differential gene expression of scarless healing MRL mice and a poorly healing C57BL/6 mouse strain, identified 36 genes differentiating the healing process between MRL mice and other mice. Study of the regenerative process in these animals is aimed at discovering how to duplicate them in humans, such as deactivation of the p21 gene. However, recent work has shown that MRL mice actually close small ear holes with scar tissue, rather than regeneration as originally claimed. However, recent studies provide evidence that this may not always be the case, and that MRL mice can regenerate after heart damage.

Люди

Исследуется восстановление утраченных тканей или органов в организме человека. Некоторые ткани, такие как кожа, восстанавливаются довольно легко; другие, как считалось, обладают незначительной или вообще не обладают способностью к регенерации, но продолжающиеся исследования позволяют надеяться в отношении различных тканей и органов. К регенерированным органам человека относятся мочевой пузырь, влагалище и половой член. Как и все метазои, люди способны к физиологической регенерации (т.е. к замене клеток в процессе гомеостатического поддержания, не требующей повреждения). Например, регенерация эритроцитов посредством эритропоэза происходит в результате созревания эритроцитов из гематопоэтических стволовых клеток в костном мозге, их последующей циркуляции в течение примерно 90 дней в кровотоке и их окончательной гибели в селезенке. Другим примером физиологической регенерации является отторжение и восстановление функционального эндометрия во время каждого менструального цикла у женщин в ответ на изменяющиеся уровни циркулирующих эстрогенов и прогестерона. Однако у людей ограничена способность к репаративной регенерации, которая происходит в ответ на повреждение. Одной из наиболее изученных регенеративных реакций у человека является гипертрофия печени после повреждения печени. Например, исходная масса печени восстанавливается прямо пропорционально количеству удаленной печени после частичной гепатэктомии, что указывает на то, что сигналы организма точно регулируют массу печени как в положительном, так и в отрицательном направлении, до достижения желаемой массы. Этот ответ рассматривается как клеточная регенерация (форма компенсаторной гипертрофии), при которой функция и масса печени восстанавливаются за счет пролиферации существующих зрелых клеток печени (в основном гепатоцитов), но точная морфология печени не восстанавливается. Нейрогенез взрослых также является формой клеточной регенерации. Например, обновление нейронов гиппокампа происходит у нормальных взрослых людей со скоростью обновления 1,75% нейронов в год. Обновление кардиомиоцитов наблюдается у здоровых взрослых людей и с более высокой частотой у взрослых после острой травмы сердца, такой как инфаркт. Даже в миокарде взрослого человека после инфаркта пролиферация обнаруживается только примерно в 1% миоцитов вокруг области повреждения, чего недостаточно для восстановления функции сердечной мышцы. Однако это может быть важной целью для регенеративной медицины, поскольку это подразумевает, что регенерацию кардиомиоцитов, а следовательно, и миокарда, можно индуцировать. Другим примером репаративной регенерации у человека является регенерация кончиков пальцев, которая происходит после ампутации фаланги дистальнее ногтевого ложа (особенно у детей), и регенерация ребра, которая происходит после остеотомии при лечении сколиоза (хотя обычно регенерация является лишь частичной и может занять до одного года). Еще одним примером регенерации у человека является регенерация семявыносящих протоков, которая происходит после вазэктомии и приводит к неудаче вазэктомии.

The regrowth of lost tissues or organs in the human body is being researched. Some tissues such as skin regrow quite readily; others have been thought to have little or no capacity for regeneration, but ongoing research suggests that there is some hope for a variety of tissues and organs. Human organs that have been regenerated include the bladder, vagina and the penis. As are all metazoans, humans are capable of physiological regeneration (i. e. the replacement of cells during homeostatic maintenance that does not necessitate injury). For example, the regeneration of red blood cells via erythropoiesis occurs through the maturation of erythrocytes from hematopoietic stem cells in the bone marrow, their subsequent circulation for around 90 days in the blood stream, and their eventual cell death in the spleen. Another example of physiological regeneration is the sloughing and rebuilding of a functional endometrium during each menstrual cycle in females in response to varying levels of circulating estrogen and progesterone. However, humans are limited in their capacity for reparative regeneration, which occurs in response to injury. One of the most studied regenerative responses in humans is the hypertrophy of the liver following liver injury. For example, the original mass of the liver is re established in direct proportion to the amount of liver removed following partial hepatectomy, which indicates that signals from the body regulate liver mass precisely, both positively and negatively, until the desired mass is reached. This response is considered cellular regeneration (a form of compensatory hypertrophy) where the function and mass of the liver is regenerated through the proliferation of existing mature hepatic cells (mainly hepatocytes), but the exact morphology of the liver is not regained. Adult neurogenesis is also a form of cellular regeneration. For example, hippocampal neuron renewal occurs in normal adult humans at an annual turnover rate of 1.75% of neurons. Cardiac myocyte renewal has been found to occur in normal adult humans, and at a higher rate in adults following acute heart injury such as infarction. Even in adult myocardium following infarction, proliferation is only found in around 1% of myocytes around the area of injury, which is not enough to restore function of cardiac muscle. However, this may be an important target for regenerative medicine as it implies that regeneration of cardiomyocytes, and consequently of myocardium, can be induced. Another example of reparative regeneration in humans is fingertip regeneration, which occurs after phalange amputation distal to the nail bed (especially in children) and rib regeneration, which occurs following osteotomy for scoliosis treatment (though usually regeneration is only partial and may take up to one year). Yet another example of regeneration in humans is vas deferens regeneration, which occurs after a vasectomy and which results in vasectomy failure.

Рептилии

Способность и степень регенерации у рептилий различаются у разных видов (см. ), но наиболее заметным и хорошо изученным случаем является регенерация хвоста у ящериц. Помимо ящериц, регенерация наблюдается в хвосте и верхнечелюстной кости крокодилов, а также отмечается нейрогенез у взрослых особей. Регенерация хвоста никогда не наблюдалась у змей, но см. После автотомии хвоста, эпиморфная регенерация нового хвоста происходит посредством процесса, опосредованного бластемой, что приводит к образованию структуры, функционально и морфологически схожей с исходной. Белые бамбуковые акулы способны регенерировать как минимум две трети печени, что связано с тремя микроРНК: xtr miR 125b, fru miR 204 и has miR 142 3p. В одном исследовании было удалено две трети печени, и в течение 24 часов более половины оставшейся печени подверглось гипертрофии. Некоторые акулы могут восстанавливать чешую и даже кожу после повреждений. В течение двух недель после ранения в рану выделяется слизь, что запускает процесс заживления. Одно исследование показало, что большая часть поврежденной области регенерировала в течение 4 месяцев, однако регенерированная область также демонстрировала значительную вариабельность.