Tento článek je součástí sekce The Conversation Júnior, kde odborníci z předních univerzit a výzkumných center odpovídají na otázky mladých zvědavců ve věku od 12 do 16 let. Svou otázku můžete poslat na [email protected].
Otázku položilo 2. ročník ESO na Instituto de Educación Secundaria Miguel de Unamuno v Gasteizu (Álava).
Každý den umírá miliony buněk ve vašem těle. Nemusíte se však obávat; je to součást normální biologické cyklu. Proces, kterému říkáme regenerace, zajišťuje nepřetržitý přísun náhradních buněk pro udržení všech vašich tkání a orgánů v optimálním stavu. Pokud dojde k poranění, nemoci nebo úrazu, tento mechanismus se aktivuje a „opravuje“ poškození.
Navzdory svému zdánlivému jednoduchosti je regenerace neobyčejně složitý proces.
Dva typy regenerace
Když je tkáň nahrazena novými buňkami, které jsou identické s původními, mluvíme o regeneraci, která se může uskutečnit dvěma způsoby:
- Podle dělení mitózou a cytokinezí diferencovaných buněk, tedy specializovaných buněk, například jaterní buňky, které nahrazují své staré nebo poškozené protějšky.
- Díky akcím dospělých kmenových buněk, které představují jakousi „univerzální“ buňku, jež není zcela specializována a zachovává schopnost dělit se po celý život organismu. Některé z její „dcer“ se stávají různými typy buněk, zatímco jiné jsou zaměřeny na autoregeneraci.
A co se stane, pokud se tkáň nemůže zcela regenerovat? V takovém případě se v těle vytvoří jizva, která je převážně složena z kolagenových vláken, nejhojnější bílkoviny v organismu. K tomu dochází, když je zranění příliš rozsáhlé nebo když má tkáň omezenou regenerativní schopnost. Jizva uzavírá a chrání poškozenou oblast, přičemž původní struktura se nikdy plně neobnoví.
Každý orgán po svém
Různé orgány a tkáně lidského těla se mohou regenerovat, ale každý to dělá různými rychlostmi a účinností, a to podle toho, zda jejich diferencované buňky mohou dělit nebo závisí na kmenových buňkách, nebo kombinují obě strategie.
Například jaterní buňky mají schopnost se samy zdvojit. Tento orgán se tedy může zcela obnovit, i když odstraníme až dvě třetiny jeho hmotnosti! Podobně tomu je u slinivky břišní, kde populace buněk produkujících inzulín (hormonu zodpovědného za regulaci hladiny cukru v krvi) může růst a obnovovat se jednoduchým dělením.
V jiných tkáních závisí schopnost autoregenerace na přítomnosti dospělých kmenových buněk, které proliferují a diferencují se. To platí například pro kůži, jejíž vnější vrstvy, epidermis, se obnovují přibližně každý měsíc díky kmenovým buňkám umístěným v nejhlubší vrstvě. Jejich potomci stoupají na povrch, diferencují se při postupu a umožňují rychlé hojení ran bez zanechání stopy.
Curiosní případ představují nos, ucho a oko – složité orgány, kde smyslové buňky zajišťují vnímání signálů z okolí a jejich přenos do nervového systému, ale které nemají schopnost regenerace.
Například čichové smyslové buňky, skutečné neurony, přežívají jen jeden až dva měsíce a neustále se obnovují díky kmenovým buňkám. Naopak vláskové buňky ve sluchu a fotoreceptory v očích musí vydržet po celý život. Pokud jsou zničeny nemocí, vystavením toxickým látkám, nadměrnému hluku nebo například špatně nasměrovaným laserem, nedochází k jejich regeneraci. Pak je ztráta sluchu nebo zraku nevratná.
Kmenová buňka, která dává vznik všem ostatním
Krev je další zajímavý případ regenerace poháněné kmenovými buňkami. Všechny typy krvinek – červené krvinky, lymfocyty, granulocyty a makrofágy – pocházejí z jedné obvyklé kmenové buňky. U dospělých se tyto progenitorové buňky, nazývané hematopoetické, nacházejí převážně v červené kostní dřeni. Například červené krvinky se každých 120 dní nahrazují.
Významnou roli hraje také epitel tenkého střeva. Jeho kmenové buňky proliferují a diferencují se do čtyř typů epitelových buněk rychleji než jakákoli jiná tkáň v těle: dokáže regenerovat epitel poškozený kyselinami a trávicími enzymy během několika dní.
Ačkoli se dlouho předpokládalo, že centrální nervový systém dospělých savců postrádá kmenové buňky a má velmi omezenou schopnost sebeopravování, dnes víme, že existují kmenové buňky schopné generovat neurony a gliové buňky. V některých oblastech mozku se nepřetržitě produkují nové neurony, které nahrazují ty, které umírají.
Jak funguje regenerace ostatních tkání a orgánů?
Podíváme se nyní na regeneraci svalů, která má své zvláštnosti. Každé vlákno kosterního svalu (toho, které umožňuje pohyb) je vytvořeno spojením mnoha buněk, což se nazývá „syncytium“. Během vývoje se myoblasty – prekurzorové buňky svalů – množí a slučují, aby vytvořily vlákna. Jakmile to udělají, již se nedokážou dělit.
A co se stane, pokud dojde k poškození svalu? V takovém případě se aktivuje malá skupina „spících“ myoblastů: satelitní buňky. Když dojde k poranění svalů, tyto buňky se aktivují, opět se dělí a slučují, aby nahradily poškozená vlákna. Jejich počet je však omezený, což také určuje hranici regenerativní schopnosti svalů.
Existuje však výjimka z této schopnosti obnovy: srdeční sval, který nemá satelitní buňky. Proto se po infarktu neobnovuje; může být pouze opraven tvorbou jizvy.
Na závěr je třeba zdůraznit roli fibroblastů. Když dojde k poškození tkáně, tyto buňky se množí, putují k ráně a produkují velké množství kolagenu, čímž přispívají k izolaci a opravě poškozené oblasti. Jsou to velmi všestranné buňky s úžasnou schopností měnit se na chondrocyty (tvořící chrupavku), osteocyty (složky kostí), adipocyty (tukové buňky) a hladké svalové buňky. Jakým způsobem to dělají, zatím přesně nevíme.
Regenerace: Skrytý umění, kterým se tělo obnovuje
Všechny buňky sdílejí stejný genom, ale mohou být mezi sebou velmi rozmanité: v lidském těle existuje více než 200 typů buněk. Tyto buňky se organizují tak, aby tvořily tkáně a orgány, které společně vykonávají funkce, které nás udržují naživu.
Regenerace je fascinující biologický proces, esenciální pro umožnění organismům se hojit, obnovovat a nadále fungovat při každodenním opotřebení, zranění a nemocích. Pochopení těchto mechanismů nejen odhaluje výjimečné schopnosti lidského těla, ale také otevírá dveře k novým způsobům opravy, léčby a transformace našich tkání.
Příroda vytvořila tuto moc obnovy, ale možná nám nové objevy umožní její potenciál v budoucnu posílit.
Katedra vědecké kultury Univerzity Baskicka spolupracuje na sekci The Conversation Júnior.
