علم بازسازی: چرا برخی حیوانات می توانند بافت های از دست رفته را ترمیم کنند و برخی دیگر نه؟

علم بازسازی: چرا برخی حیوانات توانایی ترمیم را دارند و برخی ندارند؟

بازسازی یا ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده یا از دست رفته، پدیده‌ای شگفت‌انگیز در زیست‌شناسی است که برخی گونه‌های جانوری طی تکامل به آن دست یافته‌اند. حیواناتی مانند مارمولک‌ها، ستاره دریایی و سمندر مکزیکی مشهور به آجولوتل می‌توانند اندام، چشم، بخش‌هایی از مغز و حتی طناب نخاعی خود را بازسازی کنند. اما پستانداران عمدتاً این قابلیت منحصربه‌فرد را از دست داده‌اند و فقط در برخی بافت‌ها و گونه‌ها نظیر خرگوش و بز، بازسازی به طور محدود رخ می‌دهد.

دانشمندان مدت‌هاست به این پرسش علاقه‌مندند که چرا پستانداران توانایی بازسازی قوی را که در سایر گروه‌های جانوری رایج است، از دست داده‌اند؟ برای پاسخ به این سؤال، تیمی به رهبری دکتر وی وانگ از مؤسسه ملی علوم زیستی پکن پژوهشی نوآورانه انجام داد تا تغییرات ژنتیکی موثر در این مسیر تکاملی را شناسایی کند و راه‌هایی برای بازیابی توان بازسازی یافته از دست رفته بیابد.

آزمایش تطبیقی: مقایسه خرگوش و موش

این تیم پژوهشی رویکرد مقایسه‌ای را در پیش گرفت و خرگوش را به خاطر توانایی نسبی در بازسازی و موش را به دلیل ترمیم زخم با ایجاد اسکار (جای زخم) انتخاب کرد. تمرکز آزمایش بر صدف گوش (پینا) بود؛ عضوی ساده اما با تنوع سلولی که مشاهده دقیق روند ترمیم را ممکن می‌ساخت.

برای شبیه‌سازی آسیب، سوراخ‌های کوچکی در صدف گوش هر دو حیوان ایجاد کردند و روند بهبود را با دقت رصد کردند. در مراحل اولیه، هر دو گونه تشکیل بلاستما، یعنی تجمع سلول‌های نابالغ در محل زخم، را نشان دادند. اما تفاوت عمده بین روز دهم تا پانزدهم نمایان شد؛ خرگوش با رشد جدید بافت و بستن تدریجی زخم، ترمیم واقعی را انجام داد، در حالی که در موش روند ترمیم متوقف و سوراخ گوش همچنان باز ماند.

تحلیل ژنتیکی و شناسایی عامل کلیدی

برای یافتن دلیل ژنتیکی این تفاوت، فعالیت ژن‌ها در محل زخم بررسی شد. ژن Aldh1a2 برجسته بود: در خرگوش‌ها بسیار فعال و در موش‌ها غیرفعال. فعال‌سازی Aldh1a2 موجب تولید اسید رتینوئیک می‌شود که مشتقی از ویتامین آ و برای رشد جنین، تمایز سلولی و رشد بافت ضروری است. در خرگوش‌ها، اسید رتینوئیک نظم‌دهنده بازسازی بافت گوش جدید بود. اما در موش‌ها، نه تنها فعالیت Aldh1a2 اندک بود بلکه ژن‌های تجزیه‌کننده اسید رتینوئیک نیز فعال‌تر بودند و مسیر بازسازی را مهار می‌کردند.

بازآفرینی بازسازی: اسید رتینوئیک به‌عنوان کاتالیزور

برای بررسی نقش دقیق اسید رتینوئیک در بازسازی بافت موش، این ماده به زخم‌های گوش موش‌ها تزریق شد. نتیجه قابل توجه بود: موش‌هایی که به طور منظم تحت درمان با اسید رتینوئیک قرار گرفتند، بازسازی کامل صدف گوش را تجربه کردند که مشابه نتایج مشاهده شده در خرگوش‌ها بود.

پیش‌تر تلاش محققان دیگر در این زمینه موفق نبود، اما دکتر وانگ علت را به میزان و مدت ناکافی مصرف اسید رتینوئیک نسبت داد و تاکید کرد این مولکول خیلی سریع در بدن تجزیه می‌شود و تداوم و غلظت مناسب آن مهم است.

تغییر ژنتیکی و فعال‌سازی دوباره پتانسیل بازسازی در موش‌ها

پس از اثبات نقش کلیدی اسید رتینوئیک، تیم پژوهشی آزمایش کرد آیا می‌توان با فعال‌سازی مجدد ژن Aldh1a2، تولید اسید رتینوئیک و بازسازی طبیعی را در موش‌ها تحریک کرد. با وارد کردن عناصر تنظیمی از ژنوم خرگوش کنار ژن Aldh1a2 موش، فعالیت این ژن به سطح خرگوش رسید. به این ترتیب، موش‌های تغییر یافته ژنتیکی توانستند بدون نیاز به تزریق بیرونی اسید رتینوئیک، بافت گوش خود را به طور طبیعی بازسازی کنند.

دکتر وانگ می‌گوید: «ما نشان دادیم فعال‌سازی دوباره تنها یک مسیر ژنتیکی در پستانداران می‌تواند توان بازسازی را، دست‌کم در برخی بافت‌ها، برگرداند.» البته این نتایج عمدتاً برای بافت گوش صدق می‌کند و تعمیم آن به اندام‌هایی مانند قلب، کبد یا اندام‌ها هنوز قطعی نیست.

چالش‌ها و آینده پزشکی بازساختی در پستانداران

با وجود این موفقیت، تحقق پزشکی بازساختی برای انسان، یعنی ترمیم اندام یا عضو از دست رفته، هنوز هدفی دور از دسترس محسوب می‌شود. همان‌طور که دکتر وانگ هشدار داد، بازسازی بافت‌ها تحت حکمرانی شبکه‌های زیستی پیچیده‌ای است و احیای یک بخش کوچک تنها جزئی از این پازل عظیم است.

سوالی مهم همچنان بی‌پاسخ مانده: آیا مسیر Aldh1a2 در بازسازی همه اندام‌ها نقش دارد یا تأثیر آن محدود به ساختارهایی مانند صدف گوش است؟ دکتر وانگ اذعان کرد: «ما هنوز نمی‌دانیم که آیا مصرف اسید رتینوئیک می‌تواند در اندام‌هایی فراتر از گوش نیز بازسازی را فعال کند یا خیر. هر عضو مسیر تکاملی خاص خود را دارد و ممکن است به دلایل متفاوت توان بازسازی را سرکوب کرده باشد.»

درک دلیل از دست دادن وسیع توان بازسازی در پستانداران خود موضوع مطالعه است. تیم وانگ در تلاش است تا فشارهای بوم‌شناسی یا مزایای بقا که باعث غیرفعال شدن ژن‌های بازسازی در ژنوم پستانداران شده‌اند را کشف کند. او افزود: «ما می‌خواهیم بدانیم چه نیروهای تکاملی موجب شد پستانداران این قابلیت را از دست دهند. فقط با دانستن چرایی می‌توان به دنبال راهکار بازگشت بود.»

جمع‌بندی

مطالعات جدید در زمینه بازسازی بافت نشان می‌دهد که با فعال‌سازی ژن خاموش Aldh1a2، دانشمندان موفق شده‌اند توان بازسازی صدف گوش را در موش‌ها احیا کنند؛ قابلیتی که مدت‌ها گمان می‌رفت در بیشتر پستانداران از بین رفته باشد. این دستاورد نه تنها کلیدهای ژنتیکی بازسازی را آشکار می‌سازد، بلکه گامی مهم در عرصه زیست‌شناسی بازساختی و مهندسی ژنتیک است.

اگرچه این یافته‌ها امیدهایی برای آینده پزشکی بازساختی و مهندسی بافت، خاصه در پستانداران، ایجاد می‌کند، چالش‌های زیادی باقی مانده است. مطالعات بیشتر ضروری است تا روشن شود آیا این فناوری‌ها قابلیت تعمیم به اندام‌های پیچیده‌تر و پزشکی انسانی را دارند یا نه. با این حال، این پژوهش گام مهمی به سوی فهم و بهره‌برداری از ظرفیت پنهان بازسازی در ژنوم پستانداران برداشته است.