Представьте себе свое тело изнутри, скрытый мир, где более 30 триллионов клеток постоянно обновляются и регенерируются, чтобы поддерживать вашу жизнь. У мужчин обычно около 36 триллионов клеток, в то время как у женщин их немного меньше, в среднем около 30 триллионов. Каждый день миллионы этих клеток заменяются, процесс, который поддерживает функционирование наших органов и жизнь наших тел.
Например, красные кровяные клетки обновляются каждые 120 дней в костном мозге. Внешний слой кожи, эпидермис, регенерируется каждые четыре недели, в то время как новые клетки выталкиваются из нижних слоев, чтобы сформировать новый барьер против окружающей среды. В пищеварительной системе клетки, выстилающие желудок и кишечник, обновляются менее чем за неделю из-за постоянного воздействия кислот и пищи.
Даже кости, которые часто считаются статичными, постоянно перестраиваются. Старые клетки разрушаются и заменяются, что означает, что скелет взрослого человека по сути обновляется каждые десять лет. Печень, наш естественный детоксикант, производит новые клетки примерно каждые 150–500 дней. В случаях злоупотребления алкоголем регенерация может начаться в течение нескольких недель воздержания, часто заметно улучшая функцию печени в течение нескольких месяцев. Однако исходные клетки исчезают, заменяясь новыми.
Как организм «знает», когда регенерировать?
Регенерация не случайна — это точно контролируемая биологическая реакция.
«Все органы могут ощущать травму. Такие сигналы, как воспаление, гибель клеток и механическое повреждение, предупреждают окружающие ткани, вызывая реакцию. Однако результат этой реакции обычно следует двум основным направлениям: пролиферация клеток, когда новые клетки производятся для замены поврежденных, или рубцевание, когда соединительная ткань заполняет поврежденную область, не восстанавливая полную функцию», — объясняет профессор Сумит Пал Сингх, руководитель лаборатории Сингха.
Некоторые ткани, такие как кожа и печень, хорошо регенерируют. Другие, такие как сердце и центральная нервная система, имеют тенденцию образовывать рубцы, что ограничивает их регенеративный потенциал. Эти различия возникают из-за эволюционных компромиссов и приоритетов, специфичных для органов, таких как быстрое восстановление против восстановления полной функциональности.
Важно отметить, что факторы окружающей среды также могут формировать баланс между регенерацией и рубцеванием. Например, хроническое употребление алкоголя способствует фиброзу печени, постепенно снижая способность органа к регенерации.
Все ли могут регенерировать одинаково?
Не совсем. Генетика, возраст и образ жизни влияют на то, насколько хорошо мы регенерируем. Молодые люди, как правило, быстро восстанавливаются, в то время как пожилые люди восстанавливаются медленнее. Некоторые люди наследуют гены, которые повышают устойчивость; у других есть вариации, препятствующие заживлению.
Экологические стрессоры — от загрязнения до плохого питания — могут подавлять регенеративную способность. Исследования показывают, что хороший сон, питание и даже позитивное настроение улучшают иммунную функцию и, следовательно, восстановление тканей.
«Упражнения поддерживают регенеративную способность таких тканей, как мышцы, печень и даже мозг. Между тем, в исследованиях на животных ограничение калорий было связано с увеличением продолжительности жизни за счет снижения метаболического стресса и повреждения клеток», — объясняет Сингх.
На переднем крае регенеративных исследований находится Chen Zuckerberg Biohub Chicago под руководством доктора Шаны О. Келли. Целью сети является разработка точных технологий для мониторинга биологических процессов в живых тканях.
Доктор Келли объясняет, что хронические воспалительные заболевания являются основной причиной смерти в современном мире, причем более 50 процентов всех смертей приписываются заболеваниям, связанным с воспалением, таким как ишемическая болезнь сердца, инсульт, рак, диабет, аутоиммунные и нейродегенеративные состояния.
В настоящее время не существует технологии, которая позволяет контролировать воспаление на молекулярном уровне в трехмерной живой ткани. Исследователи из Biohub разрабатывают зонды и микросенсоры, которые могли бы сделать это возможным, продвигая усилия по профилактике или лечению таких заболеваний, как болезни сердца, инсульт, диабет и нейродегенеративные состояния.
Почему хронические заболевания сохраняются, несмотря на регенерацию
По словам Сингха, проблема частично связана со скоростью и перегрузкой.
«Хроническое заболевание возникает, когда повреждение тканей происходит быстрее, чем организм может его восстановить. Иногда организм пытается исцелиться, но вместо полной регенерации возникает фиброз — рубец, который закрывает травму, но не восстанавливает функцию», — говорит Сингх.
Итак, хотя наши тела способны к замечательному восстановлению, регенерация не бесконечна. И когда баланс смещается — из-за возраста, генетики или хронического стресса — болезнь начинает брать верх. Понимание и улучшение этого баланса может стать ключом к будущему медицины.