Proces regeneracji
Pochodzenie materiału regeneracyjnego
Po amputacji wyrostek zdolny do regeneracji rozwija blastema z tkanek w pniu tuż za poziomem amputacji (patrz zdjęcie). Te tkanki ulegają drastycznym zmianom. Ich komórki, kiedyś wyspecjalizowane jako mięsień, kość lub chrząstka, tracą cechy, za pomocą których są normalnie identyfikowane (odróżnicowanie); następnie zaczynają migrować w kierunku naskórka rany i gromadzą się pod nim, tworząc zaokrąglony pączek (blastema), który wybrzusza się z pnia. Komórki najbliższe wierzchołka pąka nadal się rozmnażają, podczas gdy komórki znajdujące się najbliżej starych tkanek pnia różnicują się w mięśnie lub chrząstki, w zależności od ich lokalizacji. Rozwój trwa, dopóki ostateczne struktury na końcu zregenerowanego wyrostka nie zostaną zróżnicowane, a wszystkie proliferujące komórki zostaną wykorzystane w tym procesie.
choroba człowieka: naprawa i regeneracja
Zastępując uszkodzone lub zniszczone komórki zdrowymi nowymi komórkami, procesy naprawy i regeneracji działają w celu przywrócenia osobnika
Komórki blastemy wydają się różnicować w ten sam rodzaj komórek, które były wcześniej, lub w ściśle spokrewnione typy. Komórki mogą zmieniać swoje role pod pewnymi warunkami, ale najwyraźniej rzadko to robią. Jeśli blastema kończyny zostanie przeszczepiona na grzbiet tego samego zwierzęcia, może ona dalej rozwijać się w kończynę. Podobnie, blastema ogona przeszczepiona gdzie indziej na ciele stanie się ogonem. Zatem komórki blastemy wydają się nosić nieusuwalny stempel wyrostka, z którego zostały wyprodukowane i do którego mają się rozwijać. Jeśli blastema ogona zostanie przeszczepiona na kikut kończyny, struktura, która regeneruje się, będzie złożona z dwóch przydatków.
Teoria biegunowości i gradientu
Każda żywa istota wykazuje polaryzację, której jednym z przykładów jest różnicowanie organizmu w głowę lub część przednią i ogon lub część tylną. Części regenerujące nie są wyjątkiem; wykazują polaryzację, zawsze rosnąc w dystalnym kierunku (z dala od głównej części ciała). Jednak wśród niższych bezkręgowców rozróżnienie między bliższym (blisko lub w kierunku ciała) a dystalnym nie zawsze jest wyraźne. Na przykład odwrócenie biegunowości „łodyg” w hydroidach kolonialnych nie jest trudne. Zwykle kawałek łodygi wyrasta z główki lub hydrantu na swym wolnym lub dystalnym końcu; jeśli jest to jednak związane, regeneruje hydranth na końcu, który był pierwotnie bliższy. Biegunowość w tym układzie jest najwyraźniej określona przez gradient aktywności w taki sposób, że hydranta regeneruje się wszędzie tam, gdzie tempo metabolizmu jest najwyższe. Gdy hydranth zacznie się rozwijać, hamuje wytwarzanie innych bliższych mu przez dyfuzję substancji hamującej w dół wzdłuż łodygi.
Kiedy płaskie planarne dżdżownice zostaną przecięte na pół, każdy kawałek odrośnie brakujący koniec. Komórki w zasadniczo identycznych obszarach ciała, w których wykonano cięcie, tworzą blastemy, co w jednym przypadku powoduje powstanie głowy, aw drugim ogon. To, co regeneruje się każdy blastema, zależy całkowicie od tego, czy znajduje się na przednim kawałku, czy na tylnym kawałku płazińca: prawdziwą różnicę między tymi dwoma kawałkami można ustalić na podstawie różnic metabolicznych. Jeśli poprzeczny kawałek płazińca zostanie pocięty bardzo cienko - zbyt wąsko, aby można było ustawić efektywny gradient metaboliczny - może zregenerować dwie głowy, po jednej na każdym końcu. Jeśli aktywność metaboliczna na przednim końcu płazińca zostanie sztucznie zmniejszona przez ekspozycję na niektóre leki, wówczas dawny tylny koniec robaka może rozwinąć głowę.
Regeneracja przydatków stanowi inny problem niż w przypadku całych organizmów. Płetwa ryby i kończyna salamandra mają bliższe i dalsze końce. Jednak za pomocą różnych manipulacji można je zregenerować w bliższym kierunku. Jeśli wycięty zostanie kwadratowy otwór w płetwie ryby, regeneracja odbywa się zgodnie z oczekiwaniami na wewnętrznym marginesie, ale może również nastąpić od dalszej krawędzi. W tym drugim przypadku regenerująca płetwa jest w rzeczywistości strukturą dystalną, z tą różnicą, że rośnie ona w kierunku bliższym.
Kończyny płazów reagują w podobny sposób. Możliwe jest przeszczepienie ręki traszki do pobliskiej ściany ciała, a po ustaleniu wystarczającego przepływu krwi, aby odciąć ramię między ramieniem a łokciem. Powoduje to powstanie dwóch kikutów, krótkiego składającego się z części ramienia i dłuższego złożonego z reszty ramienia wystającej w niewłaściwym kierunku z boku zwierzęcia. Oba pnie regenerują to samo, a mianowicie wszystko, co normalnie leży dystalnie do poziomu amputacji, niezależnie od tego, w którą stronę skierowany był pień. Odwrócone ramię regeneruje zatem swoje odbicie lustrzane.
Oczywiście, gdy struktura się regeneruje, może wytwarzać tylko części, które normalnie leżą dystalnie do poziomu amputacji. Uczestniczące komórki zawierają informacje potrzebne do opracowania wszystkiego „poniżej”, ale nigdy nie mogą stać się bliższymi strukturami. Regeneracja, podobnie jak rozwój zarodkowy, zachodzi w określonej kolejności.
