Отделенные от тела щупальца и трубчатые ножки арктического морского огурца Psolus fabricii могут выживать в естественной морской воде в течение более трех лет. Канадские биологи выяснили, что эти отделившиеся фрагменты тела способны заживлять повреждения, перестраивать внутренние структуры и поглощать питательные вещества непосредственно из воды. Это открытие стало первым задокументированным случаем бесконечного выживания сложной ткани в нестерильных условиях.
Ранее было принято считать, что сложная ткань, лишенная связи с организмом и содержащая нервы, мышцы, кожу и соединительные волокна, обречена на разрушение и гибель. Тем не менее, исследователям под силу поддерживать «бессмертные» клеточные культуры, например, раковые клетки, в лабораторных условиях на протяжении многих лет. Для этого необходимы стерильные инкубаторы, защита от патогенов и регулярное питание специализированной питательной средой.
Долгое время считалось, что поддержание жизнеспособности сложной многоклеточной ткани в естественных условиях невозможно. Морские звезды и огурцы обладают способностью к регенерации утраченных конечностей, однако отделившиеся фрагменты разлагаются в течение нескольких недель.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Science Advances, для оценки способности тканей к восстановлению было принято решение провести исследование дендрохиротидного морского огурца Psolus fabricii. Зоологи удаляли у животных трубчатые ножки и щупальца, после чего помещали их в аквариумы с нефильтрованной морской водой, обеспечивающей постоянный поток. Отделенные ткани не получали никакой медикаментозной или питательной поддержки. В качестве контрольной группы в соседние аквариумы поместили фрагменты морских звезд и морских ежей.
Через три года контрольные участки звезд и ежей, как и ожидалось, погибли. Однако ткани морского огурца сохранили жизнеспособность. Заживление ран на месте срезов произошло всего за шесть дней. Используя флуоресцентные маркеры, исследователи зафиксировали в оторванных конечностях активные процессы деления новых клеток и намеренной ликвидации старых.
Биологи провели исследование, чтобы определить, каким образом ткань получает энергию в отсутствие кровеносной системы и пищеварительного тракта. Для этого в аквариум были добавлены аминокислоты, меченные тяжелым изотопом азота. Полученные данные показали, что отделившиеся конечности поглощают органические вещества непосредственно из морской воды.
Исследователи зафиксировали независимость тканей. Отделившись от организма, фрагмент ножки продемонстрировал отсутствие потребности в мышцах. Иммунные клетки, находящиеся внутри фрагмента, начали поглощать собственную мышечную ткань, используя ее для получения строительных материалов и энергии, необходимых для поддержания жизнедеятельности. На месте мышц сформировалась плотная соединительная ткань. При этом оторванные щупальца сохранили нервную систему: в течение всего периода эксперимента они продолжали двигаться и сокращаться в ответ на внешние раздражители.
Благодаря клеточной иммунной реакции экспланты смогли пережить воздействие нестерильной среды. В первые двое суток после ампутации иммунные клетки (целомоциты) перемещались от внутренних органов к месту среза. Они концентрировались по краям раны, удаляя патогены и отмершие клетки.
Затем целомоциты, вместе с захваченным мусором, выводились наружу в воду или накапливались во внутреннем пространстве ножки. По мере сведения краев раны количество иммунных клеток возвращалось к нормальному уровню. Кроме того, от разложения тканей оберегали псолусозиды — природные токсины, производимые морским огурцом и подавляющие действие микроорганизмов.
Ученые дали этому биологическому парадоксу собственное наименование — LiPfe (живые бессмертные экспланты P. fabricii). Изучение клеточной автономии морских огурцов может предоставить врачам доступ к этичной и экономически выгодной модели для исследования процессов старения, регенерации тканей и противодействия инфекциям, что позволит отказаться от использования лабораторных мышей.