«Гибнут тонны клеток». Как полностью обновить организм человека

https://ria.ru/20210220/kletki-1598229587.html

«Гибнут тонны клеток». Как полностью обновить организм человека

«Гибнут тонны клеток». Как полностью обновить организм человека — РИА Новости, 20.02.2021

«Гибнут тонны клеток». Как полностью обновить организм человека

Каждую секунду в организме человека обновляется почти 3,8 миллиона клеток. В день — около 330 миллиардов. С возрастом или из-за болезней эта способность… РИА Новости, 20.02.2021

2021-02-20T08:00

2021-02-20T08:00

2021-02-20T08:12

наука

здоровье

биология

кровь

клетки

днк

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn25.img.ria.ru/images/155159/83/1551598383_0:319:3072:2047_1920x0_80_0_0_ea67ef115b9d82f17c8005e922b28fc0.jpg

МОСКВА, 20 фев — РИА Новости, Альфия Еникеева. Каждую секунду в организме человека обновляется почти 3,8 миллиона клеток. В день — около 330 миллиардов. С возрастом или из-за болезней эта способность слабеет. Но недавно российские ученые выяснили: процессами восстановления можно управлять. Непрерывная регенерацияШведский биолог Джонас Фрисен вместе с коллегами опубликовал в 2005 году работу со скучным названием «Ретроспективный мониторинг рождения человеческих клеток» («Retrospective Birth Dating of Cells in Humans»). Она посвящена продолжительности жизни отдельных клеток организма, которые, как доказали ученые, меняются по-разному в зависимости от типа. Одни — скажем, клетки кишечника — живут в среднем 10,7 года, другие — как эпителий — обновляются каждые пять дней. А некоторые неизменны на протяжении всей жизни — например, клетки сетчатки.Но читатели не из академической среды обратили внимание совсем на другие цифры — на среднюю продолжительность жизни человеческой клетки. По подсчетам Фрисена, она составляет от семи до десяти лет. Неправильная интерпретация этих данных, видимо, и породила миф о том, что тело полностью обновляется каждые семь лет. Однако это не так — процесс замещения старых клеток идет постоянно.»В течение жизни в теле человека образуются и погибают тонны клеток: разрушаются до аминокислот, липидов и нуклеотидов, из которых потом в тех же органах и тканях формируются новые. Регенерация идет за счет трех процессов: деления дифференцированных клеток, дифференцировки стволовых и перепрограммирования одних зрелых клеток в другие», — объясняет Всеволод Ткачук, директор Института регенеративной медицины Медицинского научно-образовательного центра МГУ им. М. В. Ломоносова, академик РАН. Ткань без шрамов и рубцовПо данным израильских ученых, за день в организме человека возникает 330 миллиардов новых клеток. Большинство принадлежит крови — это эритроциты и нейтрофилы. Они образуются из гематопоэтических клеток костного мозга, и на них приходится 86 процентов общей численности ежедневно появляющихся клеток. Еще 12 процентов — это эпителиальные клетки ЖКТ, а 1,1 процента — клетки кожи. На другие типы клеток, которые живут от нескольких дней до 15 лет (например, скелетные мышцы), остается меньше одного процента. Они образуются из плюрипотентных стромальных клеток, открытых в прошлом веке советским биологом Александром Фриденштейном. И именно они больше всего интересуют ученых.»Сегодня понятно, что источник обновления — стволовые клетки. Они трансформируются в клетки крови, нервных тканей, костей, хрящей, жира. С годами количество стволовых клеток уменьшается. Более того, в некоторых органах они иногда заканчиваются раньше времени: например, если человек серьезно болел. И к преклонному возрасту, когда этот ресурс очень нужен, его уже нет. Пока мы не знаем, как регулировать клеточную гибель. Когда мы научимся это делать, сможем управлять процессами обновления внутри организма, а не выращивать что-то вне его, как сейчас происходит в рамках тканевой инженерии и генно-клеточной терапии», — рассказывает Ткачук.По его словам, сейчас уже ясно, что мультипотентные стромальные клетки могут трансформироваться в другие клеточные типы под действием гормонов и особых белков — факторов роста. Именно их и пытаются идентифицировать специалисты, занятые в проекте академика «Фундаментальные проблемы регенеративной медицины: регуляция обновления и репарации тканей человека» (поддержан грантом Президентской программы исследовательских проектов РНФ). Участники проекта обнаружили белок, который позволяет восстанавливать ткани без образования рубцов.»Любое повреждение может заканчиваться формированием рубца. Это трагедия, если, например, задет спинной мозг: через рубец не прорастет ни сосуд, ни нерв. Но есть ткани, где после повреждения идет не фиброз, а регенерация. Например, так восстанавливаются кости. Или эндометрий — у молодых женщин он сотни раз погибает и возрождается без образования рубцов. Оказалось, что его клетки секретируют некий фактор, тормозящий фиброз. Если мы поймем, как им манипулировать, то сможем в будущем разработать препарат для регенерации поврежденных органов», — говорит ученый.Восстановленный мозгНамного дальше исследователи продвинулись в попытках восстановить мозг после инсульта. У больных мышей, которым вкалывали специальный препарат, размеры повреждений мозга значительно уменьшались.»В секретоме (так называют все вырабатываемые клеткой белки. — Прим. ред.) мультипотентных стромальных клеток есть два важных белка — нейротрофный фактор BDNF и урокиназа (uPA). Они стимулируют рост сосудов и нервных волокон. Если ввести эти белки в организм, то они будут действовать всего несколько часов, и толку от этого немного, ведь морфогенез у человека идет недели и месяцы, — продолжает академик. — Поэтому мы применили «эндогенный шприц» с этими веществами. Сконструировали плазмиды (обособленные от хромосом молекулы ДНК. — Прим. ред.), которые несли гены, ответственные за выработку BDNF и урокиназы. Затем ввели эту генетическую конструкцию в зону, где хотели прорастить сосуды или нервные окончания. Плазмида проникла в клетки ткани-мишени, транскрибировалась там, и клетки начали секретировать BDNF и uPA. В результате в местах концентрации этих белков проросли сосуды и аксоны, а поврежденный периферический нерв у мышей регенерировал».По его словам, результаты эксперимента помогут создать эффективное и безопасное средство для лечения геморрагического инсульта. Оно станет вторым на счету исследовательского коллектива. Так, недавно ученые разработали препарат против мужского бесплодия, изучив механизм восстановления сперматогенеза — образования мужских половых клеток — после повреждения. «Мы не ставили перед собой практических целей, просто анализировали на модели, как идет сперматогенез, как он включается и выключается. Оказалось, если мы вносим в семенники секрет мезенхимных (мультипотентных стволовых. — Прим. ред.) клеток или же сами эти клетки, то восстанавливается и морфология органа, и сперматогенез. Мы проверили эти выводы на уровне одиночных клеток, затем на животных. Все работает, — подчеркивает Ткачук. — Сейчас препарат проходит доклинические исследования. Вообще, наши результаты говорят о возможности стимуляции регенеративных процессов путем воздействия на нишу стволовых клеток (так называют микроокружение стволовой клетки, необходимое для ее жизнедеятельности и координации ее поведения с нуждами организма. — Прим. ред.)». Академик отмечает, что человеческий организм — «самообновляющаяся машина» с мощным потенциалом регенерации и репарации. Уже известны сотни гормонов и белков, которые регулируют процессы образования и гибели клетки. Если понять, как ими правильно манипулировать, то в будущем появится совершенно новый вид регенеративной терапии. Она даст возможность не только лечить болезни, но и значительно продлевать жизнь.

https://ria.ru/20201026/kletki-1581559019.html

https://ria.ru/20190301/1551488034.html

https://ria.ru/20191203/1561927944.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn21.img.ria.ru/images/155159/83/1551598383_540:299:2872:2048_1920x0_80_0_0_de241265c1c09412b6d841daeb559217.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

здоровье, биология, кровь, клетки, днк

МОСКВА, 20 фев — РИА Новости, Альфия Еникеева. Каждую секунду в организме человека обновляется почти 3,8 миллиона клеток. В день — около 330 миллиардов. С возрастом или из-за болезней эта способность слабеет. Но недавно российские ученые выяснили: процессами восстановления можно управлять.

Непрерывная регенерация

Шведский биолог Джонас Фрисен вместе с коллегами опубликовал в 2005 году работу со скучным названием «Ретроспективный мониторинг рождения человеческих клеток» («Retrospective Birth Dating of Cells in Humans»). Она посвящена продолжительности жизни отдельных клеток организма, которые, как доказали ученые, меняются по-разному в зависимости от типа. Одни — скажем, клетки кишечника — живут в среднем 10,7 года, другие — как эпителий — обновляются каждые пять дней. А некоторые неизменны на протяжении всей жизни — например, клетки сетчатки.

Но читатели не из академической среды обратили внимание совсем на другие цифры — на среднюю продолжительность жизни человеческой клетки. По подсчетам Фрисена, она составляет от семи до десяти лет. Неправильная интерпретация этих данных, видимо, и породила миф о том, что тело полностью обновляется каждые семь лет. Однако это не так — процесс замещения старых клеток идет постоянно.

«В течение жизни в теле человека образуются и погибают тонны клеток: разрушаются до аминокислот, липидов и нуклеотидов, из которых потом в тех же органах и тканях формируются новые. Регенерация идет за счет трех процессов: деления дифференцированных клеток, дифференцировки стволовых и перепрограммирования одних зрелых клеток в другие», — объясняет Всеволод Ткачук, директор Института регенеративной медицины Медицинского научно-образовательного центра МГУ им. М. В. Ломоносова, академик РАН. 26 октября 2020, 12:51Распространение коронавирусаВ МГУ выяснили, что стволовые клетки человека могут заражаться SARS-CoV-2

Ткань без шрамов и рубцов

По данным израильских ученых, за день в организме человека возникает 330 миллиардов новых клеток. Большинство принадлежит крови — это эритроциты и нейтрофилы. Они образуются из гематопоэтических клеток костного мозга, и на них приходится 86 процентов общей численности ежедневно появляющихся клеток. Еще 12 процентов — это эпителиальные клетки ЖКТ, а 1,1 процента — клетки кожи.

На другие типы клеток, которые живут от нескольких дней до 15 лет (например, скелетные мышцы), остается меньше одного процента. Они образуются из плюрипотентных стромальных клеток, открытых в прошлом веке советским биологом Александром Фриденштейном. И именно они больше всего интересуют ученых.

«Сегодня понятно, что источник обновления — стволовые клетки. Они трансформируются в клетки крови, нервных тканей, костей, хрящей, жира. С годами количество стволовых клеток уменьшается. Более того, в некоторых органах они иногда заканчиваются раньше времени: например, если человек серьезно болел. И к преклонному возрасту, когда этот ресурс очень нужен, его уже нет. Пока мы не знаем, как регулировать клеточную гибель. Когда мы научимся это делать, сможем управлять процессами обновления внутри организма, а не выращивать что-то вне его, как сейчас происходит в рамках тканевой инженерии и генно-клеточной терапии», — рассказывает Ткачук.

По его словам, сейчас уже ясно, что мультипотентные стромальные клетки могут трансформироваться в другие клеточные типы под действием гормонов и особых белков — факторов роста. Именно их и пытаются идентифицировать специалисты, занятые в проекте академика «Фундаментальные проблемы регенеративной медицины: регуляция обновления и репарации тканей человека» (поддержан грантом Президентской программы исследовательских проектов РНФ).

Участники проекта обнаружили белок, который позволяет восстанавливать ткани без образования рубцов.

«Любое повреждение может заканчиваться формированием рубца. Это трагедия, если, например, задет спинной мозг: через рубец не прорастет ни сосуд, ни нерв. Но есть ткани, где после повреждения идет не фиброз, а регенерация. Например, так восстанавливаются кости. Или эндометрий — у молодых женщин он сотни раз погибает и возрождается без образования рубцов. Оказалось, что его клетки секретируют некий фактор, тормозящий фиброз. Если мы поймем, как им манипулировать, то сможем в будущем разработать препарат для регенерации поврежденных органов», — говорит ученый.

Восстановленный мозг

Намного дальше исследователи продвинулись в попытках восстановить мозг после инсульта. У больных мышей, которым вкалывали специальный препарат, размеры повреждений мозга значительно уменьшались.

«В секретоме (так называют все вырабатываемые клеткой белки. — Прим. ред.) мультипотентных стромальных клеток есть два важных белка — нейротрофный фактор BDNF и урокиназа (uPA). Они стимулируют рост сосудов и нервных волокон. Если ввести эти белки в организм, то они будут действовать всего несколько часов, и толку от этого немного, ведь морфогенез у человека идет недели и месяцы, — продолжает академик. — Поэтому мы применили «эндогенный шприц» с этими веществами. Сконструировали плазмиды (обособленные от хромосом молекулы ДНК. — Прим. ред.), которые несли гены, ответственные за выработку BDNF и урокиназы. Затем ввели эту генетическую конструкцию в зону, где хотели прорастить сосуды или нервные окончания. Плазмида проникла в клетки ткани-мишени, транскрибировалась там, и клетки начали секретировать BDNF и uPA. В результате в местах концентрации этих белков проросли сосуды и аксоны, а поврежденный периферический нерв у мышей регенерировал».

1 марта 2019, 19:13НаукаУченые впервые омолодили стволовые клетки в мозге мышей

По его словам, результаты эксперимента помогут создать эффективное и безопасное средство для лечения геморрагического инсульта. Оно станет вторым на счету исследовательского коллектива. Так, недавно ученые разработали препарат против мужского бесплодия, изучив механизм восстановления сперматогенеза — образования мужских половых клеток — после повреждения.

«Мы не ставили перед собой практических целей, просто анализировали на модели, как идет сперматогенез, как он включается и выключается. Оказалось, если мы вносим в семенники секрет мезенхимных (мультипотентных стволовых. — Прим. ред.) клеток или же сами эти клетки, то восстанавливается и морфология органа, и сперматогенез. Мы проверили эти выводы на уровне одиночных клеток, затем на животных. Все работает, — подчеркивает Ткачук. — Сейчас препарат проходит доклинические исследования. Вообще, наши результаты говорят о возможности стимуляции регенеративных процессов путем воздействия на нишу стволовых клеток (так называют микроокружение стволовой клетки, необходимое для ее жизнедеятельности и координации ее поведения с нуждами организма. — Прим. ред.)».

Академик отмечает, что человеческий организм — «самообновляющаяся машина» с мощным потенциалом регенерации и репарации. Уже известны сотни гормонов и белков, которые регулируют процессы образования и гибели клетки. Если понять, как ими правильно манипулировать, то в будущем появится совершенно новый вид регенеративной терапии. Она даст возможность не только лечить болезни, но и значительно продлевать жизнь.

3 декабря 2019, 18:57НаукаУченые придумали, как лечить рак стволовыми клетками

Обновляемся – значит, существуем! Российские ученые ищут механизмы продления жизни

– Мы существуем, пока обновляемся, – говорит директор института академик Всеволод Ткачук. – Источником обновления служат стволовые клетки, которые трансформируются в клетки крови, нервных тканей или кожи, костей, хрящей, жира. С возрастом количество стволовых клеток уменьшается. К тому же если человек болел, то в каком-то органе они могут израсходоваться раньше времени. И в старости, когда этот ресурс как раз очень нужен, он заканчивается. Пока мы не знаем, как регулировать клеточную гибель, и не понимаем, как и какой сигнал приходит к стволовой клетке, чтобы создать на смену погибшей такую же. Если мы научимся это делать, то сможем управлять процессами обновления внутри организма, а не выращивать что-то вне него, как пытаемся делать сейчас в рамках тканевой инженерии и генно-клеточной терапии, – рассказывает ученый.

– То есть участки поврежденного органа можно будет заместить своими же клетками без каких-либо внешних вмешательств?

– Да, должна появиться совершенно новая медицина. Сегодня есть три вида медицинской помощи: терапия – это действие лекарств на живые клетки, активация или торможение какого-то процесса в клетке, хирургия, которая лечит с помощью скальпеля, устраняет какие-то ненужные структуры или, наоборот, пришивает что-то, и профилактика. Но нет медицины, которая называется регенеративной. Мы знаем примеры регенерации у животных, например, отрастающий заново хвост ящерицы. У человека регенерируют кости – в случае перелома они срастаются. Регенерируют печень, кожа, когда заживают после лекарственного повреждения. Есть многие другие ткани, которые восстанавливаются. Но мы не понимаем, как на это воздействовать. То есть мы не нашли способов, которые заставляли бы что-то в организме вырастать. Сегодня нет препаратов, регулирующих регенерацию. Нынешние лекарства действуют как блокаторы (ионных каналов, рецепторов) или ингибиторы (ферментов). Сейчас мы подошли к пониманию того, как вызвать регенерацию с помощью генов, запускающих определенные процессы. Появились десятки генно-терапевтических препаратов. Развивается клеточная терапия – мы можем взять у человека стволовые клетки, вырастить в тысячи, миллионы раз большее их количество и вернуть обратно в организм. Мы можем даже вырастить искусственный орган и потом его трансплантировать в тело. В этом есть большой смысл, потому что никогда не будет хватать доноров для трансплантологии.

– Но вы хотите большего – управлять процессами обновления в самом организме?

– В Институте регенеративной медицины МГУ мы занимаемся выращиванием клеток, изучением генов. Мы создали семь генно-терапевтических препаратов и уже завершили их доклинические испытания, а для некоторых из них приступили к клиническим. Выращиваем стволовые мезенхимные клетки и можем заставить их превратиться в жировые. Кстати, заодно изучаем, как остановить или замедлить это превращение, потому что у взрослого человека только из этих клеток и образуется жир. Эта же мезенхимная клетка превращается и в костную, мышечную, соединительную ткань, хрящ. В природных условиях какие-то сигналы регулируют это превращение. А мы изучаем, подбираем способы, как это сделать по нашему требованию.

– Какие волшебные клетки!

– И какая удивительная у них судьба. Стволовые клетки открыты российским ученым Александром Максимовым в 1903 году. В нашей стране мало кто интересовался ими, пока в 1986-м не случился Чернобыль. Тогда у тысяч людей отказала система кроветворения, потребовалось пересаживать в костный мозг чужие гематопоэтические клетки, что сопряжено с большим риском. Вот и вспомнили, что их открыл Максимов. Умер он в Бостоне в 1925 году всеми забытый. А мезенхимные клетки, с которыми мы работаем, открыл в 1960-х еще один выдающийся российский ученый – Александр Фриденштейн. И хотя никто в его результаты поначалу не поверил, лет десять назад он оказался самым цитируемым отечественным ученым, потому что эти клетки вдруг стали всем интересны.

– Под действием чего же они могут трансформироваться?

– Это делают гормоны, факторы роста, цитокины. Мы устанавливаем, какие. А потом пытаемся манипулировать ими в организме, чтобы детально выяснить механизмы трансформации и создать лекарственные препараты. Вот цель этой работы, которая поддержана грантом РНФ. Стволовые клетки абсолютно «наивны», то есть они еще должны специализироваться и превратиться в клетки конкретного типа.

– Почему же стволовая клетка долгое время не делится, не дифференцируется?

– Вокруг нее другие клетки создали окружение, так называемую нишу, сформировали такие белки, которые связываются с рецепторами этой клетки и сигнализируют ей: молчи и жди сигнала. И как только что-то изменится в этом органе, тормозящий сигнал в нише исчезнет – запустится реакция по восстановлению. По сути, весь грант посвящен тому, чтобы понять, как регулируется ниша. Это для всех болезней важно, в том числе для онкологии. Раковая клетка тоже может быть стволовой. Она образуется как дифференцированная раковая, а потом уходит в «стволовость», затаивается и может сидеть тихо 10-20 лет. Если удалить опухоль, то человек вроде бы здоров, но нет гарантии, что не осталось где-то в нишах «спящих» клеток. Они могут в таком состоянии навсегда остаться, а могут «проснуться», хотя мы не знаем, отчего.

Наша задача – изучить эту нишу. Мы исследуем ее на уровне единичной клетки. И в этой клетке нам надо определить все транскрипты, то есть как с генома считывается информация, какие белки работают в этой клетке, какая используется сигнализация, какой конкретно гормон запускает сигнал. Вот уровень, на котором приходится вести исследования. Мы пытаемся также формировать искусственную нишу и смотрим, с какими клетками она взаимодействует.

– Как скоро вы рассчитываете получить результат?

– Некоторые результаты уже есть. Например, мы выяснили, как запускается сперматогенез, и даже разработали препарат, лечащий мужское бесплодие и возвращающий фертильность (выработку сперматозоидов), сейчас он проходит доклинические исследования. Мы не ставили перед собой этой практической цели, просто изучали на модели, как идет сперматогенез, как он включается и выключается. И, разобравшись, проверили все на уровне одиночных клеток, затем на уровне животных. Но первоначальная идея была – понять, как малодифференцированная, «наивная», эмбриональная клетка, которая еще не решила, во что превратиться, воспринимает первый сигнал. Оказывается, на поверхности такой клетки есть все рецепторы, она готова почувствовать любой гормон. И когда какой-то гормон связывается с конкретным рецептором (первый сигнал), он запускает подключение соответствующих рецепторов. Проверяя механизмы передачи сигналов от рецепторов внутрь клетки и дальнейшее ее поведение, мы и получили этот неожиданный практический результат.

– Создание столь важного лекарства – это отличный итог работы!

– Безусловно. Но в рамках гранта у нас нет этой цели. Вообще лекарства создают коммерческие структуры. А университеты, ученые ищут механизмы, определяют новые мишени. И это бесценно – выяснить, на какую мишень надо прицелиться, выстрелить, чтобы, как в данном случае, появилась фертильность. Чтобы провести все четыре стадии клинических испытаний, потребуется не менее 100-300 миллионов долларов – таких грантов мы никогда не получим, это больше бюджета РАН. Поэтому наша задача – на стадии доклинических, клинических исследований показать перспективность препарата и то, что он действует и не токсичен. Дальше должна подключиться коммерция.

Хочу подчеркнуть, что занятие фундаментальной наукой беспроигрышно и она всегда полезна. Просто эта полезность иногда проявляется через многие десятилетия. Вот красноречивый факт: к доказательной медицине относятся всего 15-20% болезней. Это значит, что мы знаем, как возникает лишь пятая часть заболеваний, и можем предложить средства для их предотвращения или лечения.

Нельзя создать препарат, если не знаешь причины недуга. И поэтому такой грант, как наш, – спасительный круг, который поддерживает исследования, направленные на установления причинно-следственных связей в живом организме.

– Как соотносятся ваши исследования с зарубежными?

– Наши работы – в фронтире исследований, что делаются в ведущих научных центрах мира. Уровень финансирования, правда, разный. И самое слабое звено не то, что не хватает оборудования или денег, а то, что в стране пока недостаточно лабораторий, работающих в области регенеративной биологии и медицины. В США, Франции, Германии их десятки, а у нас, к сожалению, только в последнее время начали появляться единичные. В то же время такой грант, о котором мы говорим, очень непросто было бы получить в США или Европе, потому что там работы, как правило, ведутся под какую-то конкретную задачу. А у нас, к счастью, сохраняется традиция делать фундаментальную науку. Да и вообще нет такого, чего наши ученые не умеют!

– Я не задала вам вопрос о продлении жизни, но ведь он так и напрашивается из контекста беседы. Когда же люди станут жить дольше?

– Отвечу так: до открытия в 1940 году пенициллина продолжительность жизни в Европе (из-за высокой детской смертности, эпидемий) составляла 45-47 лет. Считается, что антибиотики добавили нам 25 лет жизни. Сейчас в США стали говорить, что дети, рожденные в XXI столетии, застанут следующий век. То есть проживут сто лет, из которых примерно четверть добавит именно регенеративная медицина. Она будет востребована при нейродегенеративных заболеваниях, паркинсонизме, болезни Альцгеймера, утрате зрения, спинальных травмах, инфарктах, циррозе печени, гепатитах, онкологии, диабете 1-го типа, потому что позволит выращивать то, что погибло. Мы сможем помочь считающимся сегодня безнадежными пациентам.

как полностью обновить организм человека

Каждую секунду в организме человека обновляется почти 3,8 миллиона клеток. В день — около 330 миллиардов.

СУХУМ, 20 фев — Sputnik. С возрастом или из-за болезней способность клеток организма обновляться слабеет. Но недавно российские ученые выяснили: процессами восстановления можно управлять. Подробнее читайте в материале Альфии Еникеевой для РИА Новости.

Непрерывная регенерация

Шведский биолог Джонас Фрисен вместе с коллегами опубликовал в 2005 году работу со скучным названием «Ретроспективный мониторинг рождения человеческих клеток» («Retrospective Birth Dating of Cells in Humans»). Она посвящена продолжительности жизни отдельных клеток организма, которые, как доказали ученые, меняются по-разному в зависимости от типа. Одни — скажем, клетки кишечника — живут в среднем 10,7 года, другие — как эпителий — обновляются каждые пять дней. А некоторые неизменны на протяжении всей жизни — например, клетки сетчатки.

 

Но читатели не из академической среды обратили внимание совсем на другие цифры — на среднюю продолжительность жизни человеческой клетки. По подсчетам Фрисена, она составляет от семи до десяти лет. Неправильная интерпретация этих данных, видимо, и породила миф о том, что тело полностью обновляется каждые семь лет. Однако это не так — процесс замещения старых клеток идет постоянно.

«В течение жизни в теле человека образуются и погибают тонны клеток: разрушаются до аминокислот, липидов и нуклеотидов, из которых потом в тех же органах и тканях формируются новые. Регенерация идет за счет трех процессов: деления дифференцированных клеток, дифференцировки стволовых и перепрограммирования одних зрелых клеток в другие», — объясняет Всеволод Ткачук, директор Института регенеративной медицины Медицинского научно-образовательного центра МГУ им. М. В. Ломоносова, академик РАН.

Ткань без шрамов и рубцов

По данным израильских ученых, за день в организме человека возникает 330 миллиардов новых клеток. Большинство принадлежит крови — это эритроциты и нейтрофилы. Они образуются из гематопоэтических клеток костного мозга, и на них приходится 86 процентов общей численности ежедневно появляющихся клеток. Еще 12 процентов — это эпителиальные клетки ЖКТ, а 1,1 процента — клетки кожи.

На другие типы клеток, которые живут от нескольких дней до 15 лет (например, скелетные мышцы), остается меньше одного процента. Они образуются из плюрипотентных стромальных клеток, открытых в прошлом веке советским биологом Александром Фриденштейном. И именно они больше всего интересуют ученых.

«Сегодня понятно, что источник обновления — стволовые клетки. Они трансформируются в клетки крови, нервных тканей, костей, хрящей, жира. С годами количество стволовых клеток уменьшается. Более того, в некоторых органах они иногда заканчиваются раньше времени: например, если человек серьезно болел. И к преклонному возрасту, когда этот ресурс очень нужен, его уже нет. Пока мы не знаем, как регулировать клеточную гибель. Когда мы научимся это делать, сможем управлять процессами обновления внутри организма, а не выращивать что-то вне его, как сейчас происходит в рамках тканевой инженерии и генно-клеточной терапии», — рассказывает Ткачук.

По его словам, сейчас уже ясно, что мультипотентные стромальные клетки могут трансформироваться в другие клеточные типы под действием гормонов и особых белков — факторов роста. Именно их и пытаются идентифицировать специалисты, занятые в проекте академика «Фундаментальные проблемы регенеративной медицины: регуляция обновления и репарации тканей человека» (поддержан грантом Президентской программы исследовательских проектов РНФ).

Участники проекта обнаружили белок, который позволяет восстанавливать ткани без образования рубцов.

«Любое повреждение может заканчиваться формированием рубца. Это трагедия, если, например, задет спинной мозг: через рубец не прорастет ни сосуд, ни нерв. Но есть ткани, где после повреждения идет не фиброз, а регенерация. Например, так восстанавливаются кости. Или эндометрий — у молодых женщин он сотни раз погибает и возрождается без образования рубцов.

Оказалось, что его клетки секретируют некий фактор, тормозящий фиброз. Если мы поймем, как им манипулировать, то сможем в будущем разработать препарат для регенерации поврежденных органов», — говорит ученый.

Восстановленный мозг

Намного дальше исследователи продвинулись в попытках восстановить мозг после инсульта. У больных мышей, которым вкалывали специальный препарат, размеры повреждений мозга значительно уменьшались.

«В секретоме (так называют все вырабатываемые клеткой белки. — Прим. ред.) мультипотентных стромальных клеток есть два важных белка — нейротрофный фактор BDNF и урокиназа (uPA). Они стимулируют рост сосудов и нервных волокон. Если ввести эти белки в организм, то они будут действовать всего несколько часов, и толку от этого немного, ведь морфогенез у человека идет недели и месяцы, — продолжает академик. — Поэтому мы применили «эндогенный шприц» с этими веществами. Сконструировали плазмиды (обособленные от хромосом молекулы ДНК. — Прим. ред.), которые несли гены, ответственные за выработку BDNF и урокиназы. Затем ввели эту генетическую конструкцию в зону, где хотели прорастить сосуды или нервные окончания. Плазмида проникла в клетки ткани-мишени, транскрибировалась там, и клетки начали секретировать BDNF и uPA. В результате в местах концентрации этих белков проросли сосуды и аксоны, а поврежденный периферический нерв у мышей регенерировал».

По его словам, результаты эксперимента помогут создать эффективное и безопасное средство для лечения геморрагического инсульта. Оно станет вторым на счету исследовательского коллектива. Так, недавно ученые разработали препарат против мужского бесплодия, изучив механизм восстановления сперматогенеза — образования мужских половых клеток — после повреждения.

«Мы не ставили перед собой практических целей, просто анализировали на модели, как идет сперматогенез, как он включается и выключается. Оказалось, если мы вносим в семенники секрет мезенхимных (мультипотентных стволовых. — Прим. ред.) клеток или же сами эти клетки, то восстанавливается и морфология органа, и сперматогенез. Мы проверили эти выводы на уровне одиночных клеток, затем на животных. Все работает, — подчеркивает Ткачук. — Сейчас препарат проходит доклинические исследования. Вообще, наши результаты говорят о возможности стимуляции регенеративных процессов путем воздействия на нишу стволовых клеток (так называют микроокружение стволовой клетки, необходимое для ее жизнедеятельности и координации ее поведения с нуждами организма. — Прим. ред.)».

Академик отмечает, что человеческий организм — «самообновляющаяся машина» с мощным потенциалом регенерации и репарации. Уже известны сотни гормонов и белков, которые регулируют процессы образования и гибели клетки. Если понять, как ими правильно манипулировать, то в будущем появится совершенно новый вид регенеративной терапии. Она даст возможность не только лечить болезни, но и значительно продлевать жизнь.

Сколько вам лет? | Наука и жизнь

Не торопитесь отвечать на этот простой, как кажется, вопрос, потому что за вас на него ответил шведский невролог Йонас Фрисен: каждому взрослому человеку в среднем пятнадцать с половиной лет. Если по паспорту вам, например, шестьдесят, то хрусталики ваших глаз в среднем на 22 недели старше, мозг примерно ваш ровесник, а вот вашей коже всего две недели от роду. Разные органы и ткани человека обновляются с разной скоростью, и потому можно сказать, что имеют разный возраст.

‹

›

Из одной научно-популярной книги в другую кочует утверждение: наше тело почти полностью обновляется за семь лет. Старые клетки постепенно отмирают, их места занимают новые.

Клетки действительно обновляются, но откуда взялась мифическая цифра «семь», никто толком не знает. Для некоторых клеток срок обновления установлен более или менее точно, а именно: 150 дней для клеток крови, за постепенным замещением которых можно проследить после переливания крови, и две недели для клеток кожи, которые появляются в ее глубинных слоях, постепенно мигрируют на поверхность, отмирают и отшелушиваются.

Опыты по измерению продолжительности жизни клеток ведутся уже около полувека, но только на крысах и мышах. Животным вводят через шприц или дают в пище меченые (радиоактивные) нуклеотиды — строительные блоки ДНК. Новые клетки встраивают в свой генетический материал эти метки. Их количество в разных тканях и органах можно измерить и рассчитать долю клеток, которые появились на свет за время, прошедшее после введения радиоактивной ДНК.

Разумеется, к человеку такой метод неприменим. Пытались определять возраст клеток человека по длине теломер — конечных участков хромосом. Теломеры (см. «Наука и жизнь» № 12, 2001 г.) укорачиваются при каждом делении клетки. Но выработать на этой основе надежный способ определения возраста клетки не удалось, тем более что некоторые клетки, как выяснилось, способны «отращивать» теломеры после деления.

Шведский исследователь Йонас Фрисен решил воспользоваться методом археологов и историков, умеющих определять возраст предметов, содержащих органику, по углероду-14 (¹⁴С). Этот редкий и слабо радиоактивный изотоп углерода постоянно образуется в стратосфере, где космические лучи выбивают из ядер атомов азота по одному протону. Постепенно (период полураспада 5730 лет) ¹⁴С снова превращается в азот. Растения в процессе фотосинтеза поглощают из атмосферы ¹⁴С и встраивают его в молекулы сахаров. Животные поедают растения, и потому все живые существа содержат немного этого изотопа. Примерно один из триллиона атомов углерода в вашем теле — это углерод-14 на месте обычного углерода-12. Когда организм гибнет, он перестает получать новый ¹⁴С, а тот, что уже накоплен за время жизни, постепенно распадается. Этот распад, идущий с известной скоростью, и позволяет определить, как давно живая материя стала мертвой. Например, когда срубили дерево, из которого сделана доисторическая лодка, или когда забили теленка, чтобы из его шкуры изготовить пергамент для рукописи. Однако из-за крайне малых количеств изотопа и медленности его распада метод годится только для больших промежутков времени.

Но тут, как говорится, не было бы счастья, да несчастье помогло. Фрисен понял, что для определения возраста отдельных клеток можно использовать тот не такой уж краткий период времени, когда из-за деятельности человека количество ¹⁴С в атмосфере сильно возросло. С 1955 по 1963 год испытания ядерного оружия внесли большие количества изотопа в атмосферу. На пике этих испытаний, в 1963 году, концентрация ¹⁴С в воздухе была вдвое больше нормы. Его содержание многократно измеряли и продолжают измерять в самых разных районах Земли, так что составлена кривая резкого роста и постепенного падения этой величины. Сейчас содержание изотопа в воздухе почти вернулось к норме, так как он постепенно поглощается биосферой и вместе с углекислым газом растворяется в водах Мирового океана. Но Фрисен считает, что его метод позволяет определить возраст любой клетки, родившейся между 1955 и 1990 годами.

Насколько опасен распад радиоактивного углерода в организме? В теле человека весом 75 килограммов около 300 триллионов триллионов (3^.10²⁶) атомов углерода, из них всего 350 триллионов (3,5^.10¹⁴) — углерода ¹⁴С. Если не считать минеральную составляющую (в основном это кости) и принять, что по остальным тканям тела ¹⁴С распределен равномерно, то в каждой клетке в среднем всего 11 атомов ¹⁴С. ДНК по весу составляет около 1% клеток. Изотоп ¹⁴С распадается так редко, что если взять отдельную выбранную наугад клетку, то в составе ее ДНК один атом ¹⁴С распадется раз в 18 000 лет (мы берем именно тот ¹⁴С, который входит в ДНК, так как изменения в составе этой молекулы могут быть важными для здоровья организма и его потомства). Если считать, что вы проживете 70 лет, то шансы на то, что какая-то конкретная отдельная клетка вашего тела когда-либо испытает «атомный взрыв» одного атома углерода в своей ДНК, составляют 1 против 260.

При своем появлении клетка получает набор хромосом, которые остаются с ней всю ее жизнь. Поэтому содержание ¹⁴С в ДНК прямо пропорционально его содержанию в атмосфере в то время, когда данная клетка появилась, минус небольшое количество, исчезнувшее в результате естественного распада. Анализы проводятся методом атомной масс-спектрометрии.

В 2005 году Фрисен и его сотрудники опубликовали предварительные результаты анализов клеток людей, живших во времена пика ¹⁴С. Как и следовало ожидать, короче всего срок жизни клеток, непосредственно соприкасающихся с внешней средой, — клеток эпидермиса кожи (две недели, как мы об этом упоминали) и клеток эпителия кишечника, постоянно истираемых проходящими пищевыми массами (5 дней). Красные кровяные тельца, по Фрисену, живут 150 дней. Мышечные клетки межреберных мышц у людей 37-40 лет, как оказалось, в среднем имеют возраст 15,1 года, а клетки кишечника (кроме эпителия) — 15,9 года.

Фрисена как невролога больше всего, разумеется, интересует головной мозг. Из исследований, проведенных на животных, а также на одном пациенте, умиравшем от рака и согласившемся на введение ему в мозг слабо радиоактивного изотопа, известно, что после рождения новые нейроны возникают только в двух областях — в гиппокампе и вокруг желудочков мозга.

Пока новым методом измерен возраст лишь немногих участков головного мозга. По данным Фрисена, клетки мозжечка моложе самого человека в среднем на 2,9 года. Мозжечок, как известно, отвечает за координацию движений, а она постепенно улучшается с возрастом у ребенка, поэтому можно предположить, что примерно к трем годам мозжечок формируется окончательно. Кора головного мозга имеет тот же возраст, что сам человек, то есть на протяжении жизни в ней не появляются новые нейроны. Остальные отделы мозга еще только изучаются.

Измерение возраста отдельных тканей и органов проводится не из любопытства. Зная скорость оборота клеток, мы, возможно, научимся лечить катаракту, ожирение и некоторые нервные болезни. В 2004 году исследователи из Колумбийского университета (США) обнаружили, что при депрессии в гиппокампе возникает слишком мало новых нейронов, а некоторые лекарства от депрессии стимулируют этот процесс. Болезнь Альцгеймера также связывают с недостаточным нейрогенезом в гиппокампе. При болезни Паркинсона, насколько известно, отмирание старых клеток не уравновешивается появлением новых.

Знание о том, как часто у людей возникают новые жировые клетки, поможет лечить ожирение. Пока никто не знает, связана ли эта болезнь с увеличением числа или размеров жировых клеток. Знание частоты появления новых клеток печени и поджелудочной железы позволит создать новые методы диагностики и лечения рака печени и диабета.

Весьма актуален вопрос о возрасте мышечных клеток сердца. Специалисты считают, что отмирающие клетки заменяются фиброзной соединительной тканью, поэтому сердечная мышца со временем слабеет. Но точных данных нет. Фрисен и его группа сейчас работают над определением возраста сердца.

Американцы научились измерять возраст хрусталика глаза. Его центральная часть формируется из прозрачных клеток на шестой неделе жизни эмбриона и остается на всю жизнь. Но по периферии хрусталика постоянно добавляются новые клетки, делая хрусталик более толстым и менее гибким, что сказывается на его способности фокусировать изображение. Изучив этот процесс, мы, возможно, найдем способы оттянуть начало катаракты на пять лет — считает Брюс Буххольц из Ливерморской национальной лаборатории (США), где проводятся масс-спектрометрические измерения образцов, поставляемых из Калифорнийского университета и лаборатории Фрисена.

Но если многие «детали» нашего организма постоянно обновляются и в результате оказываются значительно моложе самого их обладателя, то возникают некоторые вопросы. Например, если верхнему слою кожи всего две недели, почему она не остается всю жизнь гладкой и розовой, как у двухнедельного младенца? Если мышцам примерно 15 лет, почему 60-летняя женщина менее ловка и подвижна, чем 15-летняя девочка? Причина — в митохондриальной ДНК. Она накапливает повреждения быстрее, чем ДНК клеточного ядра. Именно поэтому кожа со временем стареет: мутации в митохондриях приводят к ухудшению качества ее важного составного материала, коллагена.

Обновление человеческого организма: ритмы и циклы

Случалось ли с вами такое – вы решили вести здоровый образ жизни: отказались от вредных привычек, начали регулярно делать зарядку, сбалансировано питаться, пользоваться натуральной косметикой, но проходит неделя, за ней и вторая, а видимого результата (волосы не стали здоровыми и шелковистыми, ногти все также ломаются, прыщики не исчезают) и внутреннего спокойствия не наблюдается?

Место для текстового описания фотографии © Источник

читайте также:

И тогда, поддавшись расстройству («Мне уже ничего не поможет»), опускаются руки, и хочется вернуться к старому, надеясь на «чудодейственные» таблетки и пластическую хирургию («Уж они-то приведут организм в тонус!»).

Конечно, тяжело вкладывать свои силы в то, что не дает результата. Да и особого смысла в этом нет. Правда, в выше приведенном примере, мы не учли главного – знания о том, когда же ждать этот результат, и, соответственно, поторопились с выводами о целесообразности своих действий.

В ритме джаза

Каждая клеточка нашего тела живет в собственном режиме, поэтому обновление наших тканей происходит в разных временных циклах. Если бы жизненные ритмы клеток можно было описать мелодией, вероятнее всего, мы бы услышали не четкий марш или ритмичную польку, а для нас звучала бы неповторимая джазовая композиция – наполненная импровизациями и синкопированными ритмами.

Обновление нашего организма происходит постоянно. За один день в нем появляются миллионы новых клеток, а миллионы старых отмирают. Быстрее всех обновляются клетки, которые контактируют с внешней средой. К примеру, клетки кожи обновляются в среднем за три недели, а клетки внутренних стенок кишечника (из которых состоят мельчайшие ворсинки, всасывающие питательные вещества из пищевых масс) – за 3-5 дней.

Некоторые циклы жизни нашего тела

Клетки рецепторов на поверхности языка, которые помогают различать вкусы пищи, обновляются каждые 10 дней. Кровяные клетки – эритроциты — обновляются в среднем за 120 дней, поэтому, чтобы видеть картину изменений в нашем организме, рекомендуют делать раз в полгода общий анализ крови.

Клетки печени обновляются за 300-500 дней. Если отказаться от алкоголя, не есть жирного и острого, не принимать лекарства, печень может полностью очиститься за 8 недель. Кстати, печень – единственный орган в нашем теле, который способен полностью восстанавливаться при потере 75% своей ткани.

Альвеолы (воздушные мешочки, находящиеся на концах бронхов) возобновляются в течение одного года, а клетки на поверхности легких – каждые 2-3 недели.

Костная ткань обновляется постоянно – сращение костей после переломов происходит именно за счет ее регенерации. Но для того, чтобы полностью обновился наш скелет, необходимо от 7 до 10 лет.

Ногти на руках отрастают на 3-4 мм в месяц, а волосы в среднем — на один сантиметр. Полностью смениться волосы могут за несколько лет, в зависимости от их длины. Считается, что у мужчин смена волос происходит за три года, а у женщин это цикл может достигать семи и более лет.

Чем сложнее строение ткани и ее функция, тем длительнее процесс ее регенерации. В нашем теле наиболее сложной по строению считается нервная ткань. И хотя раньше ученые были уверены, что она не восстанавливается, в настоящее время выявлено, что и в ней возможны регенеративные процессы. Головной мозг, хрусталики глаз и сердце, также хранят множество нераскрытых загадок для ученых, так как эти органы до конца еще не изучены. На данный момент ученые считают, что их процесс регенерации очень сложен и практически невозможен.

А кто здесь главный?

Мозг наименее изучен учеными. Практически все клетки мозга проживают с нами всю жизнь и имеют такой же возраст, как и мы. Именно благодаря постоянству клеток мозга, мы способны накапливать опыт, приобретать информацию об окружающем мире, познавать его, делать определенные выводы и пользоваться ими. На данный момент установлено, что обновляются клетки в двух областях мозга. Происходит это в обонятельной луковице, отвечающей за восприятие запахов, и гиппокампе, который участвует в механизмах формирования эмоций, помогает усваивать новую информацию (управляет переходом кратковременной памяти в долговременную) и ориентироваться в пространстве.

На скорость обновления клеток может влиять возраст человека и само состояние организма: болеем мы или здоровы в данный момент, устали или полны сил и энергии. К примеру, у человека, который болеет болезнью Паркинсона, отмирание старых клеток не уравновешивается появлением новых, а при депрессии в гиппокампе возникает слишком мало новых нейронов – т.е. процесс обновления заторможен или вовсе отсутствует.

Регенерацией организма управляет наша центральная нервная система и ее высший отдел – кора головного мозга, что еще раз подтверждает связь между нашими мыслями и состоянием нашего тело. Если мы верим в себя, движемся вперед, ищем необходимое решение, то тем больше вероятность того, что мы помогаем организму восстанавливаться и обновляться, рождаем в нем силы и интерес к жизни.

На протяжении веков алхимики искали эликсир молодости и лекарство от всех болезней, а оказывается с рождения, каждый из нас уже был наделен им. Человеку осталось только научиться правильно пользоваться своими мозгами.

Следите за нашими обновлениями в социальной сети Facebook

Источник hochu.ua

Как часто обновляются клетки в наших органах и тканях? – новости Любимой аптеки

Клетки нашего организма — очень деятельные ребята. Они постоянно находят себе занятие, хотим мы этого или нет, например, плодят себе подобных, стимулируя обновление различных органов.

Клетки кожи
Полное замещение клеток эпителия происходит за 14 дней. Клетки кожи формируются в глубоких слоях дермы, постепенно выходят на поверхность и заменяют старые клетки, которые отмирают и отшелушиваются. На этом принципе строятся многие косметологические программы.

Клетки мускулатуры
Скелетная мышечная ткань полностью обновляется с периодичностью 15-16 лет. На скорость обновления клеток влияет возраст – чем старше мы становимся, тем медленнее происходит этот процесс. Физическая активность может положительно сказаться на процессах обновления.

Скелет
7-10 лет – вот время, за которое происходит полное клеточное обновление костной ткани. В структуре скелета одновременно функционируют и старые и молодые клетки. Ежедневно костная ткань вырабатывает сотни миллионов новых клеток.
На правильное формирование костной ткани главным образом влияет режим питания.

Клетки крови
Полное обновление клеток крови занимает от 120 до 150 дней. Организм здорового человека ежедневно продуцирует столько же клеток крови, сколько их погибает.

Желудок
Клетки эпителия желудка заменяются очень быстро – всего в течение 3-5 дней. Это необходимо, так как эти клетки подвержены воздействию крайне агрессивной среды.

Кишечник
Если не заострять внимание на клетках эпителия кишечника, которые заменяются каждые 5 дней, средний возраст кишечника будет равняться примерно 15-16 годам.

Печень
Ее клетки полностью обновляются всего за 300-500 дней. Удивительно, что при потере 75% клеток печени, она способна регенерировать полный своем объем всего за 3-4 месяца. Именно поэтому при пересадке печени можно использовать часть органа здорового человека. При этом донор может не опасаться за свое здоровье. Вскоре его печень примет прежние объемы.

Сердце
В течение долгого времени предполагалось, что клетки миокарда (сердечной мышечной ткани) вообще не обновляются. Однако недавние исследования показали, что полное обновление сердечной мускулатуры происходит примерно раз в 20 лет.

Зрение
Сам хрусталик и клетки мозга, ответственные за обработку зрительной информации, имеют тот же возраст, что и человек. Регенерируются и обновляются лишь клетки роговицы глаза. При этом полное обновление роговицы происходит довольно-таки быстро – весь цикл занимает 7-10 дней.

Мозг
Гиппокамп – участок мозга, который отвечает за обучение и память, и обонятельная луковица регулярно обновляют свои клетки. Причем, чем выше физическая и мозговая активность, тем чаще образуются новые нейроны в этих участках.

Какими невероятными возможностями обладают клетки человеческого организма

 В нашем организме от 50 до 75 триллионов клеток, и их возможности поражают воображение.

Казалось бы, ну что такого необычного представляет собой эта «структурно-функциональная элементарная единица строения организма»? Ядро, цитоплазма, мембрана и прочее внутреннее содержание как бы не предполагают наличия сообразительности. Тем не менее именно на клеточном уровне проявляется способность тела противостоять различного рода напастям. Как это работает?

Солдаты и удача

Строение клетки — пожалуй, самая скучная тема школьного курса биологии. По виду клетка напоминает фасолину, в которой плавают разные странные вещи с интригующими названиями: вакуоли, центриоли, ризосомы и загадочный аппарат Гольджи. Но поскольку все это не имеет никакого отношения к инопланетянам или подводным погружениям, ребята (за исключением тех, кто планирует поступать на биофак) быстро теряют интерес к теме. Однако клеточный мир очень даже способен удивить. К тому же основные исследования в этой области относятся к самым перспективным современным научным направлениям.

Начнем с того, что клетки — это те кирпичики, из которых собраны все организмы. Единственные бесклеточные — вирусы. В свою очередь все клеточные формы жизни делятся на два надцарства. Это более простые по строению прокариоты (доядерные), возникшие на заре времен и отличающиеся поразительной живучестью. Они прекрасно себя чувствуют в экстремальных средах вроде кипятка и концентрированных кислот.

Второе надцарство — эукариоты (ядерные). Клетки, составляющие наше тело, как раз и являются эукариотическими. И хотя они не выживут в жерле вулкана, зато имеют другие уникальные свойства, над созданием которых природе и эволюции пришлось изрядно попотеть. И что самое главное — они содержат генетический материал в виде молекулы ДНК. То есть все признаки вплоть до цвета ваших глаз и волос зашифрованы в каждой из триллионов этих малюток. Не так уж и скучно, не так ли?

Обнуление цикла

Говорят, каждые семь лет человеческий организм обновляется — клетки заменяются новыми. Есть даже такая шутка: как можно отвечать за свои поступки, если я уже не тот, кто был? Факт обновления был обнаружен еще в начале 1950-х годов шведским молекулярным биологом Джонасом Фрисеном. Но если дела обстоят именно так, почему же мы стареем и в итоге умираем? Ответ содержится опять-таки в особенностях жизненного цикла клеток.

Каждая клетка определенного органа имеет свои, если так можно сказать, сроки годности. Например, некоторые группы лейкоцитов живут всего пару часов. Дольше всего обновляются жировые клетки (кто бы сомневался) — один раз в восемь лет. Что касается пресловутого семилетнего срока, то, учитывая разные скорости митоза (процесс обновления), он весьма относителен. То есть клетки печени у вас уже новые, а вот жирок пока прежний. Причем из-за разницы жизненного цикла клетки в этом плане одна за другой хронически не поспевают. Кстати, по последним данным, обновление происходит у каждого человека по-разному и может занимать до 10 лет.

Жизнеспособность клеток имеет и некую мрачную сторону. Например, после смерти тела многие живут еще довольно долго — от нескольких минут до часов и дней. Такая особенность важна, в частности, для криминалистики. На этом же факте основаны и версии о том, что человек некоторое время после смерти видит, слышит и чувствует. На самом деле, когда мозг перестает получать информацию от нервных окончаний и сенсоров, нам уже, грубо говоря, все равно.

Наморщить ум

На протяжении жизни мы бережемся от физических повреждений — не суем руки в огонь, осторожно обращаемся с острыми предметами и так далее. Короче, храним целостность нашего тела. Хотите верьте, хотите нет, но так же поступают и клетки. Поскольку каждая — своего рода сейф с важной информацией (мы же помним про ДНК), ее стратегическая задача состоит в том, чтобы выжить. Как минимум сохранить в целостности клеточную мембрану. Но это непросто, учитывая различные риски. Как биохимические (окислительные процессы, отсутствие кислорода и так далее), так и механические. Например, когда кто-то вас ударил, то, считай, загубил кучу ни в чем не повинных клеток. Тем не менее большинству удается сгруппироваться и выдержать удар, не разрушившись. Этот механизм открыт недавно и описан в научном журнале Nature Communications исследователями из испанского Национального сердечно-сосудистого центра. Суть в том, что клетки сжимаются, сморщивая мембрану и формируя «подушку бе­зопасности». Примерно так же, как вы зажмуриваетесь, пытаясь защититься от летящего в лицо снежка. И тут ученых озадачил один момент…

Если схема защиты существует, то она должна как-то включаться. А это означает, что у клетки есть датчики механического давления, командующие внутриклеточным белкам перестроиться в гармошку. В общем, «внутренний мир» только раскрывает перед нами свои секреты.

ПОЖИЛ — И ХВАТИТ

Так почему же мы все-таки умираем, несмотря на постоянный процесс обновления? Получается, предпосылки к вечной жизни имеются. Однако не все так просто. Во-первых, есть определенные и очень важные клетки, которые остаются неизменными с рождения до смерти, к ним, в частности, относятся некоторые нейроны мозга, клетки миокарда и сетчатки глаза. После определенного возраста новые клетки не создаются и в скелетных мышцах, поэтому у пожилых людей плохо заживают переломы. Но самый главный фактор называется апоптоз, или процесс запрограммированной клеточной смерти.

Согласно закону сохранения энергии, ничто не возникает из ниоткуда и не исчезает в никуда. Так же действует и обновление клеток: старая делится и образует дубликат. Но после многих циклов такого клонирования (хотя это не совсем корректное сравнение) неизбежно накапливаются ошибки и повреждения. Когда их процент достигает критического уровня, запускается цепная реакция: снижается способность к регенерации и так далее. К тому же стареющие клетки оказывают влияние на соседние, выделяя определенные сигнальные молекулы. Как будто говорят: «Коллеги, наше время истекает». Клетки, перешагнувшие так называемый предел Хейфлика (52 деления), совершают «самоубийство», активизируя особые ферменты-киллеры — каспазы, которые до этого момента бездельничают в цитоплазме. Единственная их задача — разрушить больную клетку. Затем ее остатки быстро (в среднем за 90 минут) уничтожаются иммунной системой. А конкретно — другими клетками, макрофагами. Это такие внутренние санитары, которые переваривают бактерии, остатки погибших клеток, чужеродные или токсичные для организма частицы. Поскольку организм человека состоит из триллионов клеток, которые имеют разный жизненный цикл и делятся не одновременно, угасание происходит постепенно. Как утверждает наука, в идеале тело человека предназначено для активной эксплуатации в течение не более 100 лет — так задумано природой. С другой стороны, может, этого и достаточно? Некоторые не знают, что и с более короткой жизнью делать.

ЛЮБОПЫТНО

Если расправить спирали ДНК, содержащиеся в каждой клетке и представляющие собой «микрофильмы» длиной около 1 метра, а затем соединить их, то можно протянуть (гипотетически, конечно) эту нить на 150 миллионов километров. То есть на расстояние от Земли до Солнца. Естественно, так «потрошить» человека никто не собирается. Но факт сам по себе интересный.

Действительно ли ваше тело обновляется каждые семь лет?

Тело обновляется разными темпами. То, как долго живут клетки в определенных областях, зависит от того, сколько работы от них требуется. Например, красные кровяные тельца живут быстро, всего около четырех месяцев, в результате их трудного путешествия по кровеносной системе, доставляя кислород к тканям по всему телу [источник: Уэйд].

Вот продолжительность жизни других клеток [источники: Уэйд, Эпштейн]:

Кожа: Эпидермис подвергается значительному износу благодаря своей роли внешнего слоя защиты организма.Эти клетки кожи обновляются каждые две-четыре недели.

Волосы : Естественный пух на теле имеет продолжительность жизни около шести лет для женщин и трех лет для мужчин.

Печень : Печень является детоксикантом человеческого организма, очищая наши системы от различных загрязняющих веществ. В этом процессе ему помогает постоянное кровоснабжение, и он остается в значительной степени невосприимчивым к повреждениям от этих токсинов, обновляясь новыми клетками каждые 150-500 дней.

Желудок и кишечник : Клетки, выстилающие поверхность желудка и кишечника, имеют непростую и короткую жизнь.Постоянно подвергаясь воздействию разъедающих веществ, таких как желудочная кислота, они обычно служат всего до пяти дней.

Кости : Клетки в скелетной системе регенерируются почти постоянно, но весь процесс занимает целых 10 лет. С возрастом процесс обновления замедляется, поэтому наши кости становятся тоньше.

Несмотря на все это постоянное возрождение, люди, которые хотят жить вечно, не должны отказываться от поиска источника молодости. Правда в том, что мы все еще стареем и все еще умираем.Фризен и другие считают, что это может быть из-за мутаций ДНК, которые со временем ухудшаются по мере того, как они передаются новым клеткам [источники: Уэйд, Эпштейн].

Есть также некоторые клетки, которые никогда не покидают нас и могут способствовать процессу старения или, по крайней мере, разрушению организма с течением времени. Хотя роговица глаза может регенерировать всего за один день, хрусталик и другие области не меняются. Точно так же нейроны в коре головного мозга — внешнем слое мозга, который управляет памятью, мышлением, языком, вниманием и сознанием — остаются с нами от рождения до смерти.Поскольку они не заменяются, потеря этих клеток со временем может вызвать такие болезни, как слабоумие. Хорошая новость заключается в том, что другие области мозга, такие как обонятельная луковица, которая помогает нам обонять, и гиппокамп, который помогает нам учиться, могут и действительно омолаживаются [источники: Уэйд, Эпштейн].

Так что иди и покажи свой старый мозг, как умную версию спасателя из «Спасателей Малибу». Это актив, который не вечен.

Первоначально опубликовано: 6 июня 2014 г.

»Как быстро различные клетки в организме заменяются собой?

Как быстро заменяются различные клетки в организме?

Reader Mode

Таблица 1: Скорость обновления клеток в различных тканях человеческого тела.Значения округляются до одной значащей цифры. В контексте повседневных процессов замещения мы отмечаем, что волосы удлиняются примерно на 1 см в месяц (BNID 109909), а ногти растут примерно на 0,3 см в месяц (BNID 109990), что примерно с той же скоростью, что и континентальное распространение в тектонике плит. что увеличивает расстояние между Северной Америкой и Европой (BNID 110286).

Вопрос обновления клеток — это вопрос, с которым все мы интуитивно сталкиваемся каждый день. Все мы замечаем, что наши волосы регулярно выпадают, но не лысеем (по крайней мере, до тех пор, пока мужчины не достигнут определенного возраста!).Точно так же у всех нас был опыт порезания самих себя только для того, чтобы увидеть, как новые клетки заменяют своих поврежденных предшественников. И мы сдаем кровь или сдаем образцы крови без постепенного истощения нашей кровеносной системы. Все эти примеры указывают на скорость замещения клеток, которая характерна для разных тканей и в разных условиях, но совершенно ясно показывает, что для многих типов клеток обновление является частью их истории. Чтобы быть более конкретным, известно, что клетки нашей кожи постоянно теряют, а затем обновляются.Эритроциты совершают повторяющееся путешествие по нашему кровотоку в течение примерно 4 месяцев (BNID 107875, 102526). Мы можем связать это время жизни с фактом, вычисленным в виньетке на тему «Сколько клеток в организме?» что существует около 3 × 10 ¹³ эритроцитов, чтобы сделать вывод, что в нашем теле каждую минуту формируется около 100 миллионов новых эритроцитов! Замена наших клеток также происходит в большинстве других тканей нашего тела, хотя клетки в линзах наших глаз и большинство нейронов нашей центральной нервной системы считаются особыми контрпримерами.Набор коэффициентов замещения различных клеток в нашем организме представлен в Таблице 1.

Рис. 1. Определение времени оборота ткани по метке природных стабильных изотопов. Глобальные уровни 14C в окружающей среде показаны красным. Большое количество 14C в 1955–1963 гг. Явилось результатом испытаний ядерной бомбы. Возраст клеток в различных органах взрослого человека определяется на основе анализа уровней 14C в геномной ДНК, измеренных в 2003–2004 годах в мозжечке, затылочной коре и тонкой кишке. Год рождения человека обозначен вертикальной линией.Уровни стабильных изотопов показывают различную скорость обновления клеток в разных тканях. (По материалам K. L. Spalding, et al., Cell, 122: 133-143, 2005.)

Как можно измерить скорость замещения клеток в различных тканях нашего тела? Для быстро обновляющихся тканей могут быть полезны общие приемы мечения, например, с аналогом нуклеотида BrdU. Но как насчет очень медленных тканей, на которые уходит годы или целая жизнь? Ярким примером научной прозорливости является то, что ядерные испытания времен холодной войны пришли на помощь ученым в результате того, что они изменили атмосферные концентрации изотопа углерода-14 по всему миру.Эти эксперименты, по сути, представляют собой эксперименты с отслеживанием импульсов, но в глобальном масштабе. Углерод-14 имеет период полураспада 5730 лет, и поэтому, хотя он и радиоактивен, его доля, распадающаяся в течение жизни человека, ничтожна, и этот временной масштаб не должен нас беспокоить. «Меченый» углерод в атмосфере превращается в CO ₂ , а затем в нашу пищу за счет фиксации углерода растениями. В наших телах этот углерод включается в ДНК каждой зарождающейся клетки, и относительное количество углерода-14 остается стабильным, поскольку ДНК не заменяется на протяжении всей жизни клетки.Измеряя долю изотопа углерода-14 в ткани, можно вывести год, в котором была реплицирована ДНК, как показано на рисунке 1. Динамика содержания углерода-14 в атмосфере сначала резко увеличилась из-за испытаний бомбы, а затем впоследствии уменьшился, поскольку он был поглощен гораздо более крупными бассейнами органических веществ на континентах и ​​неорганическими бассейнами в океане. Как видно на рисунке 1, временной масштаб экспоненциального распада углерода-14 в атмосфере составляет около 10 лет.Измеренная динамика содержания углерода-14 в атмосфере является основой для вывода о темпах обновления тканей в организме человека и дала понимание других неясных вопросов, таких как продолжительность жизни морских ежей и происхождение коралловых рифов.

Используя эти методы датирования, было установлено, что жировые клетки (адипоциты) обновляются со скоростью 8 ± 6% в год (BNID 103455). Это приводит к замене половины адипоцитов в организме за ≈8 лет. Сюрприз прибыл, когда были проанализированы клетки сердечной мышцы.Давняя догма в сообществе кардиологов заключалась в том, что эти клетки не заменяют сами себя. Эта парадигма соответствовала последствиям сердечных приступов, когда вместо здоровых мышечных клеток образуется рубцовая ткань. Тем не менее было обнаружено, что замена все же происходит, хотя и медленными темпами. Оценки варьируются от 0,5% в год (BNID 107076) до 30% в год (BNID 107078) в зависимости от возраста и пола (BNID 107077). В настоящее время ведутся дебаты по поводу очень разных наблюдаемых темпов, но ясно, что этот своеобразный научный побочный эффект напряженности времен холодной войны открывает захватывающее окно на интересный вопрос об истории жизни клеток, составляющих многоклеточные организмы.

476508 Всего просмотров 74 просмотров сегодня

Сколько времени нужно, чтобы вырастить клетки, волосы и т. Д.

• Человеческое тело находится в постоянном состоянии регенерации, от клеток нашего скелета до ногтей на пальцах ног.
• Но некоторые элементы заменяются быстрее, чем другие, а некоторые части тела никогда не заменяются.
• На приведенном ниже рисунке показано, как происходит регенерация и рост клеток в вашем организме.

---

Человеческие тела изменяются и регенерируются на протяжении всей нашей жизни.

Этот процесс легко увидеть, если вы посмотрите, как растут конечности младенцев и их тела. Это также очевидно, когда ногти на ногах растут или появляется здоровая кожа после шелушения ожога.

Но менее очевидные системы роста и возрождения в теле продолжаются и во взрослой жизни. Мертвые клетки кожи постоянно поднимаются на поверхность нашего тела, отшелушиваются, а затем заменяются новыми стволовыми клетками.

Некоторым областям тела требуется много времени, чтобы освежиться — например, наши жировые клетки смещаются примерно раз в десять лет, а свежие клетки печени мы получаем примерно раз в 300 дней.

Конечно, ваше тело не просто выбрасывает целую печень клеток на 300-й день и создает совершенно новый набор на 301. Вместо этого это скорее органический цикл, поскольку клетки печени продолжают делиться и регенерироваться еще долгое время. они зрелые.

Однако не каждая часть тела восстанавливается или изменяется.В то время как волосы на теле находятся в почти постоянном состоянии роста, части человеческого мозга и головы в значительной степени перестают развиваться при рождении (например, хрусталик глаза, который помогает вам это читать).

В конце концов, кончики нашей ДНК начинают изнашиваться, поскольку годы износа сказываются на теле — часть естественного процесса старения.

Вот лишь несколько из бесчисленных способов, которыми ваше тело регенерирует, восстанавливается и все время начинает заново.

Саманта Ли / Business Insider

Конечно, не все представители животного мира имеют одинаковые процессы регенерации.Некоторые сходят с ума от своих приемов: испуганные гекконы могут опустить хвосты и отрастить новые, у пауков вырастут новые ноги после того, как одна упадет или сломается, а олени сбрасывают рога и отращивают новую стойку каждый год.

Меган Бартельс и Флоренс Фу написали более раннюю версию этой истории.

Как можно перепрограммировать человеческие клетки для обновления нашего тела

Человеческое тело состоит примерно из 37 триллионов крошечных единиц, называемых клетками, и существует около 200 различных типов клеток, соответствующих множеству различных тканей и органов тела, таких как мышцы, нервы и т. Д.

В дополнение к этим типам дифференцированных клеток в организме также есть стволовые клетки. Это недифференцированные клетки, которые могут обновляться посредством деления клеток и при определенных обстоятельствах могут развиваться в дифференцированные органоспецифические клетки.

Стволовые клетки, присутствующие в раннем эмбрионе, обладают замечательной способностью развиваться во все специализированные типы клеток, обнаруженные в организме.Эмбриональные стволовые клетки (ESC) считаются плюрипотентными. Плюрипотентные стволовые клетки человека можно выращивать в лаборатории, и они представляют большой интерес как с медицинской, так и с научной точки зрения, например для выращивания новых человеческих органов для замены вышедших из строя органов (регенеративная медицина).

ЭСК человека можно выделить из человеческих эмбрионов, но при этом эмбрион погибает, и многие люди возражают против этого процесса по этическим соображениям. Чтобы обойти эту проблему, в 2006 году был разработан метод индукции трансформации дифференцированных клеток человека в плюрипотентные стволовые клетки (IPSC), которые ведут себя как ESC.Только что был опубликован улучшенный метод подготовки IPSC, гарантирующий, что они очень похожи на человеческие ESC (золотой стандарт).

Человеческая жизнь начинается с момента зачатия, когда сперматозоид отца сливается с яйцеклеткой матери. И сперма, и яйцеклетка генетически гаплоидны и содержат только по одной копии каждой из 23 различных хромосом человека в ядре клетки. Когда они сливаются, образуя зиготу, полученный человеческий эмбрион теперь содержит 23 пары хромосом (диплоид).

Две дочерние клетки

Зигота делится на две дочерние клетки, каждая дочерняя клетка затем делится на две, и таким образом процесс продолжается по мере роста и развития эмбриона. Каждый раз, когда клетка делится, копия хромосом передается каждой дочери. Итак, все клетки человеческого тела имеют полный человеческий геном из 46 хромосом.Но при нормальных обстоятельствах только в раннем эмбрионе могут быть воспроизведены генетические инструкции, позволяющие появиться всем дифференцированным типам клеток человека.

Однако в 1962 году Джон Гэрдон из Кембриджского университета продемонстрировал, что в правильной среде генетический материал даже в зрелой клетке может быть перепрограммирован с образованием всех типов клеток. Гурдон удалил ядро ​​оплодотворенной яйцеклетки лягушки и заменил его ядром клетки из кишечника лягушки.Эта модифицированная яйцеклетка превратилась в совершенно новую лягушку.

В 2006 году Синья Яманака из Киотского университета пошел дальше, обнаружив, что вставка всего четырех генов (факторов Яманака) во взрослые мышиные клетки может преобразовать их в ESC-подобные IPSC. IPSC человека были созданы в 2007 году. Яманака и Гэрдон были совместно удостоены Нобелевской премии 2012 года по физиологии и медицине за демонстрацию того, что взрослые клетки могут быть перепрограммированы.

О последнем событии в истории IPSC сообщили Джери Вайтнер и другие в Nature Communications 6 июля.Эти сотрудники разработали протокол для перепрограммирования клеток кожи взрослого человека в IPSC без необходимости добавления каких-либо факторов Яманака. Они активировали эти неактивные, но встречающиеся в природе факторы в геноме фибробластов с помощью технологии редактирования генов CRISPR.

Один из авторов, профессор Тимо Отонкоски, сказал: «Перепрограммирование, основанное на активации эндогенных генов, а не на сверхэкспрессии трансгенов, теоретически является более физиологическим способом контроля клеточной судьбы и может привести к более нормальным клеткам», то есть IPSC, которые очень похожи на ESC .

Новые препараты

IPSC оказались очень полезными во многих областях, например, открытие новых лекарств. Этот подход делает IPSC из пациента, у которого есть определенное заболевание, и побуждает его в лаборатории вырасти в конкретную ткань, пораженную этим заболеванием. Большое количество потенциальных новых лекарств можно быстро проверить, наблюдая за их воздействием на ткани.

Тем не менее, прогресс в регенеративной медицине с использованием стволовых клеток был медленным, и на сегодняшний день было сообщено только об одном клиническом испытании в 2014 году.Листы эпителия сетчатки, полученные из IPSC, использовались для лечения дегенеративного состояния глаз. Испытание закончилось в 2015 году, когда в IPSC были обнаружены мутации.

Однако можно с уверенностью ожидать, что в регенеративной медицине будут достигнуты успехи с использованием IPSC. IPSC были открыты только в 2006 году, и требуется около 20 лет, чтобы лабораторное открытие было использовано в клинической практике.

Уильям Ревилл — заслуженный профессор биохимии в UCC

Cell Renewal — обзор

Факторы транскрипции, регулирующие популяции митотических клеток

Нейрогенез и обновление нервных клеток происходят на протяжении всей жизни как в OE, так и в VNO (Brann and Firestein, 2014; Gokoffski et al., 2010). Эта способность к продолжающемуся нейрогенезу сочетается со способностью быстро регенерировать компартмент сенсорных нейронов, по крайней мере, в основном OE (Gordon et al., 1995). Когда количество ORN резко снижается с помощью хирургической или химической абляции, клетки-предшественники в базальном компартменте OE быстро пролиферируют и продуцируют новые дифференцированные ORN для пополнения поврежденного эпителия (Mackay-Sim and Kittel, 1991). Эти наблюдения предполагают, что стволовые и нейрональные клетки-предшественники, а также микросреда, в которой они находятся, производят сигналы, которые стимулируют пролиферацию и дифференцировку.Более того, также должно быть, что стволовые клетки нейронов и клетки-предшественники OE экспрессируют внутренние факторы, которые наделяют их способностью реагировать на эти сигналы.

Работа ряда групп продемонстрировала, что по мере того, как клетки продвигаются через нейрональный клон OE, они последовательно экспрессируют факторы транскрипции, которые характерны и необходимы для дифференцировки стволовых клеток в коммитированные предшественники нейронов и, в конечном итоге, ORN (Nicolay et al. др., 2006). Таким образом, экспрессия этих присущих клетке факторов обеспечивает как уникальные молекулярные «сигнатуры» для нейрональных стволовых клеток / клеток-предшественников на определенных стадиях развития, так и определяет конечную судьбу этих клеток.Эта особенность делает OE идеальной системой для изучения регуляторных ролей, которые такие факторы транскрипции играют в нейрогенезе, а также предоставляет молекулярные маркеры, необходимые для декодирования эффектов внешних факторов, таких как сигнальные молекулы, на регуляцию нейрогенеза. Действительно, исследования мышей с мутациями в генах, кодирующих регуляторные факторы транскрипции, оказались чрезвычайно информативными для понимания роли, которую такие факторы играют в регуляции развития ORN и VNO.

Поиск дефинитивного маркера стволовых клеток для OE предоставил доказательства того, что вместо уникальной стволовой клетки с уникальной экспрессией только стволовых маркеров в OE существует бипотенциальная стволовая клетка, которая динамически коэкспрессирует гены, которые когда-то считались определяющими взаимоисключающие клеточные стадии ( Sox2 и Ascl1 , Figs. 1B и 2; Gokoffski et al., 2011). Sox2, фактор транскрипции из семейства факторов транскрипции SRY типа SoxB1, считается общим маркером нейрональных стволовых клеток: он экспрессируется во всем нервном зачатке у грызунов, является важным регулятором эмбрионального развития и, как было показано, направляет идентичность нервных предшественников.Более того, было показано, что в ряде нервных тканей экспрессирующие Sox2 клетки способны как к самообновлению, так и к дифференцировке, что позволяет предположить, что экспрессия гена Sox2 является общей чертой стволовых клеток во многих нервных системах (Pevny and Плачек, 2005). Во время первичного нейрогенеза в OE экспрессия мРНК Sox2 определяет нейроэпителиальный домен инвагинирующей обонятельной ямки, а совместная экспрессия Sox2 и Fgf8 определяет популяцию первичных нервных стволовых клеток, которые дадут начало всем последующим нейральные стволовые клетки и клетки-предшественники OE (рис.4). Действительно, у мышей, у которых ген Fgf8 инактивирован в передних нервных структурах, эта коэкспрессирующая клеточная популяция Sox2 – Fgf8 подвергается апоптозу, что приводит к нарушению последующего нейрогенеза OE, формирования полости носа и морфогенеза VNO. (увидеть ниже). Таким образом, хотя маркер стволовых клеток не был идентифицирован для VNO, наблюдение, что VNO не развивается у условно-мутантных мышей Fgf8 , убедительно свидетельствует о том, что первичные нервные стволовые клетки, коэкспрессирующие Sox2-Fgf8 , играют решающую роль в ранние стадии первичного нейрогенеза в OE и дают начало нейрогенной популяции VNO.

Во время первичного нейрогенеза на e10 – e11 клетки, экспрессирующие пронейральный ген Ascl1 , обнаруживаются в тесном соседстве с Sox2 – Fgf8 , коэкспрессирующими первичные нейральные стволовые клетки рядом с краем инвагинирующей обонятельной ямки (рис. 4) . Примерно на день позже в развитии (∼e12.5) мРНК Ascl1 и может быть обнаружена в клетках, обнаруживаемых в апикальном, среднем и базальном компартментах OE, что совпадает с расположением митотических фигур в этом возрасте. Когда OE созревает и входит в фазу установленного нейрогенеза, Ascl1 -экспрессирующие клетки становятся локализованными преимущественно в базальном компартменте OE, указывая тем самым, что действие Ascl1 необходимо на ранних этапах линии ORN. Ascl1 было показано в генетических исследованиях как необходимый для развития ORN, а в исследованиях in vitro, на культурах OE и in vivo на хирургических моделях индуцированного нейрогенеза было показано, что Ascl1 экспрессируется на ранней стадии транзит-амплифицирующие предшественники линии ORN (рис. 1B). Действительно, у мышей с целевой инактивацией гена Ascl1 , Neurog1 -экспрессирующие INP, а также ORN не развиваются (Murray et al., 2003), что указывает на то, что Ascl1 действует выше Neurog1 на прямая нейрональная дифференцировка в OE (Wu et al., 2003).

В отсутствие функции Ascl1 и OE возвращается в состояние, в котором он поддерживает высокие уровни как пролиферации, так и апоптоза. Пролиферирующие клетки экспрессируют Sox2 , 3′-нетранслируемую область Ascl1 (3′-UTR; который все еще присутствует в мутанте-мишени) и Kit1 , маркер Sus-клеток. Это привело к гипотезе о том, что эти пролиферирующие клетки в OE мышей Ascl1 ^{— / —} «заморожены» на ранней стадии дифференцировки, и о том, что эти клетки коэкспрессируют маркеры обеих поддерживающих клеток ( Kit1 ) и ранние нейрональные предшественники ( Ascl1 3′-UTR) предполагают, что они были бы способны, если бы они не подверглись апоптозу (провоцирующая причина нейрогенной недостаточности у мутанта Ascl1 ), давать начало обоим ORN. и поддерживающие клетки.Эти наблюдения подтверждают представление о том, что нервные стволовые клетки OE являются бипотенциальными стволовыми клетками, способными давать начало как глиальным, так и нейрональным типам клеток (Fig. 1B). Интересно, что нейрогенез также терпит неудачу в VNO мышей Ascl1 ^{— / —} , и таким же образом, как и в основной экспрессии OE: Neurog1 , не происходит и нейроны не могут образовываться, в то время как Ascl1 3 ‘ -UTR экспрессируется в обильно пролиферирующих клетках, которые подвергаются высокому уровню апоптоза.Таким образом, иерархия развития экспрессии генов как в основном OE, так и в VNO, по-видимому, фундаментально схожа.

По мере прохождения через клон ORN, Sox2 / Ascl1 -экспрессирующие предшественники теряют экспрессию как Sox2 , так и Ascl1 и затем способны повышать экспрессию другого пронейрального гена, Neurog1 . Neurog1 Экспрессия определяет непосредственный нейрональный предшественник (INP) OE, клетки, которая, как было показано в тканевых культурах и генетических исследованиях, предана судьбе ORN после одного-двух раундов деления.Доказательства функции Neurog1 как гена нейронной детерминации впервые были получены в исследованиях Xenopus . В Xenopus неправильная экспрессия гомолога Neurog1 может превращать ненейрогенные эктодермальные клетки в нейроны (Ma et al., 1996). В Neurog1 мутант OE большинство ORN неспособны развиваться и дифференцироваться (по крайней мере, к концу первичного нейрогенеза на e12.5), указывая тем самым, что у млекопитающих Neurog1 играет роль, сходную с ролью своего аналога Xenopus .Более того, хотя экспрессия Neurog1 и сильно снижена в OE мышей с мутантом Ascl1 и , экспрессия Ascl1 не подвергается значительному влиянию в OE мышей Neurog1, -null, что указывает на то, что экспрессия Ascl1 и Neurog1 является существенны на разных стадиях дифференцировки и что Ascl1 действует выше Neurog1 в линии ORN (Cau et al., 2002).

Ряд других генов факторов транскрипции играет роль в регуляции дифференцировки нейронов в OE, включая RunX1 и Neurod1 (Cau et al., 1997; Загами и др., 2009). Runx1 кодирует члена семейства транскрипционных факторов Runt / Runx, тогда как Neurod1 , как и Ascl1 и Neurog1 , кодирует базовый фактор транскрипции спираль-петля-спираль. В OE экспрессия Runx1 и Neurod1 ограничена преимущественно клетками базальной половины эпителия. Данные генетических исследований развития предполагают, что Neurod1 экспрессируется на стадии, когда поздние, Neurog1 -экспрессирующие нейрональные предшественники просто дифференцируются в ORNs.Исследования экспрессии генов показывают, что только несколько клеток коэкспрессируют Runx1 и Ascl1 , тогда как практически все клетки, экспрессирующие Neurod1 , также экспрессируют Runx1 . Таким образом, данные по экспрессии предполагают, что и Runx1 , и Neurod1 действуют в то время, когда предшественники нейронов поздней стадии (INP) подвергаются терминальной дифференцировке в ORN. Развитие OE у мышей с целевой инактивацией гена Runx1 было исследовано только до конца первичной фазы нейрогенеза, поскольку гомозиготные нулевые погибают на е12.5. Интересно, что в OE e12.5 Runx1 ^{— / —} эмбрионов общее количество клеток и количество Ascl1 -экспрессирующих клеток, по-видимому, не изменились; однако наблюдается уменьшение количества клеток, экспрессирующих Neurod1 , и увеличение количества клеток, экспрессирующих ранний нейрональный маркер β -III тубулин. Поскольку также известно, что Runx1 подавляет экспрессию ингибиторов циклин-зависимых киназ (которые действуют как «тормоза» митотических клеток при переходе G1 / S; см. Ниже), эти наблюдения были интерпретированы как показывающие роль Runx1 в регуляции Neurod1. экспрессия и терминальная дифференцировка предшественников нейронов OE в постмитотические ORN.Так как Neurod1 и экспрессируется в VNO по паттерну, аналогичному его экспрессии в OE, в дальнейшем кажется возможным, что Runx1 может также функционировать в этой ткани, чтобы регулировать дифференцировку сенсорных нейронов, хотя это еще не исследовано.

Как быстро ваше тело обновляется? : Выстрелов

Медведь-скунс из NPR YouTube

Последний выпуск подкаста Invisibilia исследует идею о том, что личность — то, что многие из нас считают неизменным — может со временем меняться.

Это привело к тому, что соведущая Invisibilia Лулу Миллер задалась вопросом, остается ли что-нибудь из о нас прежним. Все ли клетки нашего тела обновляются каждые семь лет, как иногда утверждают, заменяя старые клетки новыми? Или есть что-то, за что мы цепляемся всю жизнь?

Нам нравится думать о своей личности, личности нашей семьи и друзей как о предсказуемой, постоянной во времени. Но что, если это не так? Что, если ничто не остается постоянным на протяжении всей жизни? Исследуйте эту загадку в последнем выпуске подкаста NPR Invisibilia .

Команда

NPR Skunk Bear решила ответить на этот вопрос с помощью видео.

Оказывается, у каждой части тела есть своя очень разная продолжительность жизни. Поверхность желудка, постоянно находящаяся под воздействием пищеварительной кислоты, обновляется каждые несколько дней. Но кости обновляются раз в десятилетие. И есть некоторые части вас, которые остаются с вами от рождения до смерти.

Слушайте последний выпуск Invisibilia и всех остальных здесь, и посмотрите, чем еще здесь был Скунс Медведь. Хотели бы вы, чтобы Skunk Bear ответил на ваш научный вопрос в будущем видео? Разместите свой вопрос в комментариях Skunk Bear на YouTube, и он может быть выбран!

Ваше тело моложе, чем вы думаете

Это единодушное мнение было оспорено несколько лет назад Элизабет Гулд из Принстона, которая сообщила об обнаружении новых нейронов в коре головного мозга вместе с элегантной идеей о том, что воспоминания каждого дня могут быть записаны в нейроны. сгенерировано в тот день.

Метод доктора Фризена позволит датировать все области мозга, чтобы увидеть, генерируются ли новые нейроны. Пока он тестировал только клетки зрительной коры. Он обнаружил, что они точно того же возраста, что и человек, что показывает, что новые нейроны не генерируются после рождения в этой области коры головного мозга или, по крайней мере, в незначительном количестве. Клетки мозжечка немного моложе, чем клетки коры, что соответствует идее о том, что мозжечок продолжает развиваться после рождения.

Другой спорный вопрос заключается в том, генерирует ли сердце новые мышечные клетки после рождения. Общепринятое мнение о том, что это не так, недавно было опровергнуто доктором Пьеро Анверса из Нью-Йоркского медицинского колледжа в Валгалле. Доктор Фризен обнаружил, что сердце в целом генерирует новые клетки, но он еще не измерил скорость обновления клеток сердечной мышцы.

Хотя люди могут думать о своем теле как о довольно постоянной структуре, большая часть его находится в состоянии постоянного изменения, поскольку старые клетки выбрасываются, а на их месте генерируются новые.Каждый вид ткани имеет свое время оборота, отчасти зависящее от рабочей нагрузки, которую испытывают ее клетки. Как уже упоминалось, клетки, выстилающие желудок, существуют всего пять дней. Красные кровяные тельца, ушибленные и разбитые после прохождения почти 1000 миль по лабиринту системы кровообращения тела, существуют в среднем всего 120 дней или около того, прежде чем отправятся на свое кладбище в селезенке.

Эпидермис или поверхностный слой кожи перерабатывается каждые две недели или около того. Причина быстрой замены в том, что «это сарановая обертка тела, и ее можно легко повредить царапинами, растворителями, износом», — говорит Элейн Фукс, эксперт по стволовым клеткам кожи в Университете Рокфеллера.

Что касается печени, детоксификатора всех естественных ядов растений и лекарств, которые проходят через губы человека, то ее жизнь на фронте химической войны довольно коротка. По словам Маркуса Громпе, эксперта по стволовым клеткам печени из Орегонского университета здоровья и науки, время оборота печени взрослого человека, вероятно, составляет от 300 до 500 дней.