Förnyelsebiologi

Förnyelseprocessen

Förnyelsematerialets ursprung

Efter amputation utvecklas en bihang som kan regenerera ett blastema från vävnader i stubben strax bakom amputationsnivån (se fotografiet). Dessa vävnader genomgår drastiska förändringar. Deras celler, en gång specialiserade som muskel, ben eller brosk, förlorar de egenskaper som de normalt identifieras (skillnad); de börjar sedan vandra mot och ackumuleras under sårets överhuden och bildar en rundad knopp (blastema) som buklar ut från stubben. Celler närmast knoppspetsen fortsätter att föröka sig, medan de som ligger närmast stubbens gamla vävnader differentierar sig till muskler eller brosk, beroende på deras plats. Utvecklingen fortsätter tills de slutliga strukturerna i spetsen av den regenererade bihanget är differentierade, och alla de prolifererande cellerna används i processen.

mänsklig sjukdom: Reparation och regenerering

Genom att ersätta skadade eller förstörda celler med friska nya celler arbetar processerna för reparation och regenerering för att återställa en individs

Blastema-cellerna verkar skilja sig i samma typ av celler som de var innan, eller i nära besläktade typer. Celler kan kanske ändra sina roller under vissa förhållanden, men uppenbarligen gör det sällan. Om ett lem blastema transplanteras på baksidan av samma djur, kan det fortsätta sin utveckling till en lem. På liknande sätt kommer en svans som blivit transplanterad någon annanstans på kroppen att bli en svans. Således verkar cellerna i ett blastema bära den outplånliga stämpeln för den bihang som de producerades från och till vilken de är avsedda att utvecklas. Om en svans med blastema transplanteras till en lemstubbe, kommer strukturen som återfår att vara en sammansättning av de två bilagorna.

Polaritet och gradientteori

Varje levande sak uppvisar polaritet, ett exempel är differentiering av en organisme till ett huvud, eller framdel, och en svans eller bakdel. Regenererande delar är inget undantag; de uppvisar polaritet genom att alltid växa i en distal riktning (bort från huvuddelen av kroppen). Bland de nedre ryggradslösa djur är skillnaden mellan proximal (nära eller mot kroppen) och distal inte alltid tydlig. Det är till exempel inte svårt att vända polariteten hos "stjälkar" i koloniala hydroider. Normalt kommer en bit av stammen att växa en huvudände, eller hydranth, vid dess fria eller distala ände; om detta är bundet, regenererar det emellertid en hydranth i slutet som ursprungligen var proximal. Polariteten i detta system bestäms uppenbarligen av en aktivitetsgradient på ett sådant sätt att en hydranth regenererar varhelst metabolismhastigheten är högst. När en hydranth har börjat utvecklas, hämmar den produktionen av andra proximala till den genom diffusion av ett hämmande ämne nedåt längs stammen.

När plana plaskmaskar skärs i hälften växer varje bit tillbaka till slutet som saknas. Celler i väsentligen identiska delar av kroppen där skäret gjordes bildar sprängningar, som i ett fall ger upphov till ett huvud och i det andra blir en svans. Vad varje blastema regenererar beror helt på om det är på ett främre stycke eller en bakre bit av flatmask: den verkliga skillnaden mellan de två bitarna kan fastställas genom metaboliska skillnader. Om en tvärgående bit av en flatmask skärs mycket tunn - för smal för att en effektiv metabolisk gradient ska kunna ställas in - kan det regenerera två huvuden, ett i vardera änden. Om den metaboliska aktiviteten vid den främre änden av en flatmask är konstgjord minskad genom exponering för vissa läkemedel, kan den tidigare bakre änden av masken utveckla ett huvud.

Regenerering av bihang utgör ett annat problem än hela organismer. Finens fisk och lemmen på en salamander har proximala och distala ändar. Genom olika manipulationer är det emellertid möjligt att få dem att regenereras i en proximal riktning. Om ett kvadratiskt hål skärs i fiskens fen, sker regenerering som förväntat från den inre marginalen, men kan också ske från den distala kanten. I det senare fallet är den regenererande fenan faktiskt en distal struktur förutom att den råkar växa i en proximal riktning.

Amfibielemar reagerar på liknande sätt. Det är möjligt att ympa en neds hand på den närliggande kroppsväggen, och när ett tillräckligt blodflöde har upprättats, kan man bryta armen mellan axeln och armbågen. Detta skapar två stubbar, en kort bestående av en del av överarmen, och en längre som består av resten av armen som sticker ut i fel riktning från djurets sida. Båda stubbarna regenererar samma sak, nämligen allt som normalt ligger distalt till amputationsnivån, oavsett vilket stubbe vänd mot. Den omvända armen regenererar därför en spegelbild av sig själv.

Det är uppenbart att när en struktur regenererar kan den bara producera delar som normalt ligger distalt till amputationsnivån. De deltagande cellerna innehåller information som behövs för att utveckla allt "nedströms", men kan aldrig bli mer proximala strukturer. Förnyelse, liksom embryonal utveckling, sker i en bestämd sekvens.