Процесът на регенерация
Произход на регенериращия материал
След ампутация придатък, способен на регенерация, развива бластема от тъканите в пънчето точно зад нивото на ампутация (виж снимката). Тези тъкани претърпяват драстични промени. Техните клетки, веднъж специализирани като мускулни, костни или хрущялни, губят характеристиките, чрез които обикновено се идентифицират (дедиференциация); след това те започват да мигрират към и се натрупват под раневия епидермис, образувайки закръглена пъпка (бластема), която изпъква от пънчето. Клетките, които са най-близо до върха на пъпката, продължават да се размножават, докато тези, разположени най-близо до старите тъкани на пънчето, се диференцират в мускулни или хрущялни, в зависимост от тяхното местоположение. Развитието продължава, докато крайните структури на върха на регенерирания придатък не се диференцират и всички пролифериращи клетки се използват в процеса.
човешка болест: възстановяване и регенерация
Чрез замяна на повредени или унищожени клетки със здрави нови клетки, процесите на ремонт и регенерация работят за възстановяване на индивида
Изглежда клетките на бластема се диференцират в същия вид клетки, които са били преди, или в тясно свързани видове. Клетките може би променят своите роли при определени условия, но очевидно рядко го правят. Ако бластема на крайника се трансплантира на гърба на същото животно, той може да продължи развитието си в крайник. По същия начин опашната бластема, трансплантирана другаде по тялото, ще се превърне в опашка. По този начин клетките на бластема сякаш носят незаличимия печат на придатъка, от който са произведени и в които са предназначени да се развиват. Ако опашната бластема се трансплантира на пънчето на крайник, обаче, структурата, която се регенерира, ще бъде състав от двата придатъка.
Теория на полярността и градиента
Всяко живо същество проявява полярност, един пример за което е диференцирането на организъм в глава, или предна част, и опашка, или задна част. Регенериращите части не са изключение; те проявяват полярност, като винаги растат в дистална посока (далеч от основната част на тялото). Сред долните безгръбначни обаче разликата между проксимална (близо до или към тялото) и дистална не винаги е ясно разкроена. Например, не е трудно да се обърне полярността на „стъблата“ в колониалните хидроиди. Обикновено парче от стъблото ще израсне с глава или хидрант на свободния си или дистален край; ако това е завързано, обаче, той възстановява хидрант в края, който първоначално е бил проксимален. Полярността в тази система очевидно се определя от градиент на активността по такъв начин, че хидрантът да се регенерира, където метаболитната скорост е най-висока. След като хидрантът започне да се развива, той инхибира производството на други, близки до него, чрез дифузия на инхибиращо вещество надолу по стеблото.
Когато планарните плоски червеи се разрязват наполовина, всяко парче расте обратно към края, който липсва. Клетките по същество идентични участъци на тялото, където е направен разрезът, образуват бластеми, които в единия случай пораждат глава, а в другия се превръщат в опашка. Това, което регенерира всеки бластема, зависи изцяло от това дали е на предно парче или на задно парче червей: истинската разлика между двете части може да се установи чрез метаболитни различия. Ако напречното парче на плоска червей е отрязано много тънко - твърде тясно, за да се създаде ефективен метаболитен градиент - то може да регенерира две глави, по едната в двата края. Ако метаболитната активност в предния край на плоска червей е изкуствено намалена чрез излагане на определени лекарства, тогава бившият заден край на червея може да развие глава.
Регенерацията на придатъка представлява различен проблем от този на цели организми. Перката на риба и крайникът на саламандра имат проксимален и дистален край. Чрез различни манипулации обаче е възможно да ги накарате да се регенерират в проксимална посока. Ако в перката на риба е изрязан квадратен отвор, регенерацията се извършва, както се очаква от вътрешния ръб, но може да се случи и от дисталния ръб. В последния случай регенериращата перка всъщност е дистална структура, с изключение на това, че нараства в проксимална посока.
Амфибийните крайници реагират по подобен начин. Възможно е присаждането на ръката на тритон до близката стена на тялото и след установяване на достатъчен кръвен поток да се разсече ръката между рамото и лакътя. Това създава два пънка, къс, състоящ се от част от горната част на ръката, и по-дълъг, съставен от останалата част на ръката, стърчаща в грешна посока от страната на животното. И двата пънчета регенерират едно и също нещо, а именно всичко, което обикновено лежи отдалечено от нивото на ампутация, независимо от това на кой път е бил изправен пънът. Следователно обърнатата ръка възстановява огледален образ на себе си.
Ясно е, че когато една структура се регенерира, тя може да произвежда само части, които обикновено лежат отдалечени от нивото на ампутация. Участващите клетки съдържат информация, необходима за разработването на всичко „надолу по веригата“, но никога не могат да станат по-проксимални структури. Регенерацията, подобно на ембрионалното развитие, протича в определена последователност.
