מבוא להזדקנות והתחדשות

ביולוגים בתחום ההזדקנות וההתחדשות שואפים להבין את המנגנונים של שני תהליכים מורכבים אלה, הכרוך בתחזוקת הומאוסטזיס של רקמות.

הזדקנות, או "הזדקנות", כרוכה בהידרדרות של מורפולוגיה של תאים ואובדן פונקציות לאורך זמן, ואילו התחדשות מתייחסת להחלפת תאים ישנים או פגומים. הרקמות בגופנו נשמרות באיזון עדין בין התמדה להתחדשות. למרות שלרוב הרקמות שלנו יש תוחלת חיים סופית, לחלקן יש את היכולת להתחדש באופן מלא בעקבות פציעה.

סרטון זה ידון בקצרה בהיסטוריה, תוך הדגשת התגליות המרכזיות בתחום, חלק מהשאלות החשובות הנחקרות כעת, כמה בדיקות המשמשות כדי לענות על שאלות אלה, וכמה יישומי מעבדה ספציפיים של מושגים אלה.

לפני שנדבר על הניסויים הנוכחיים המתבצעים, בואו נסתכל על כמה מהתגליות החשובות בהיסטוריה של מחקר ההזדקנות וההתחדשות.

התצפיות הראשונות על התחדשות רקמות התרחשו בסביבות 350 B.C., כאשר אריסטו ציין כי לטאות היו מסוגלים לחדש את זנבותיהם לאחר שהם נקטעו.

במאה ה -18, התחדשות רקמות הפכה לנושא חם של מחקר, ושלושה מדענים - R. A. Ferchault de Réaumur, אברהם טרמבלי, ו Lazzaro Spallanzani - ביצעו באופן עצמאי מחקרים מפורטים התחדשות רקמות סרטנים, הידרה, וחדשים, בהתאמה.

מדען המיינסטרים התעניין פחות בתופעת ההתחדשות במהלך המאה שלאחר מכן, אך בתחילת המאה ה-20 העניין החל להתעצם בתחום ההזדקנות הקשור. אלקסיס קארל, מנתחת וביולוגית צרפתייה, הציעה שתאים הגדלים בתרבית הם בני אלמוות ויכולים להתחלק ללא הגבלת זמן. עם זאת, מדענים אחרים לא יכלו לשכפל את טענותיו.

בשנת 1961, לאונרד הייפליק ופול מורהד הוכיחו שבניגוד למה שטען קארל, תאים נורמליים הגדלים בתרבית עוברים חלוקה למספר סופי של פעמים, כ -40 עד 60, ולאחר מכן הם נכנסים לשלב ההסתה. תופעה זו של חלוקת תאים מוגבלת נודעה בשם "מגבלת הייפליק".

הרמזים הראשונים למנגנון למגבלה זו הגיעו בשנת 1973, כאשר הביולוג הסובייטי אלכסיי אולובניקוב זיהה שמכונות שכפול הדנ"א לא יכולות לשכפל באופן מלא את קצות הכרומוזומים, הנקראים טלומרים. הוא חזה את קיומו של מנגנון לשמירה על אורך הטלומר בתאים בריאים וסרטניים.

מאוחר יותר בשנת 1984, אליזבת בלקבורן, קרול גריידר וג'ק סוסטאק גילו שמנגנון זה כרוך באנזים הנקרא טלומראז. הם הוכיחו כי טלומראז אחראי להוספת רצפים חוזרים ונשנים לקצה 3 ' של הכרומוזום, אשר לאחר מכן יאפשר DNA פולימראז לשכפל באופן מלא את קצות הכרומוזום. בלקבורן, גריידר ו Szostak חלקו פרס נובל לתגלית זו בשנת 2009.

כעת, לאחר שבדקנו כמה מהתגליות הקשורות להזדקנות והתחדשות, בואו נבחן כמה שאלות מרכזיות הנשאלות בשטח היום.

שאלה חשובה אחת הנחקרת היא: כיצד מתזדקנים התאים? תיאוריה רווחת של הזדקנות התא נקראת תיאוריית הרדיקלי החופשי. הרעיון הוא שכאשר נוצרים אברונים של תאים הנקראים מיטוכונדריה, נשימה חמצונית, נוצרים תוצרי לוואי המכונים מינים של חמצן תגובתי, או ROS. ייצור יתר של מולקולות אלה גורם ללחץ חמצוני, אשר משנה את תפקודם של אברונים, כגון המיטוכונדריה עצמם ואת reticulum אנדופלסמי, והוא יכול גם לגרום נזק ל- DNA הגרעיני. מדענים מעוניינים לגלות את המנגנונים שמאחורי התרחשויות אלה.

שאלה נוספת הנשאלת היא: מהם הגורמים הפיזיולוגיים והסביבתיים המשפיעים על תוחלת החיים של האורגניזם? חלק מהחוקרים מבקשים לנתח את ההשפעות של שינויים סביבתיים, למשל הגבלה קלורית, על תוחלת החיים של האורגניזם. חוקרים אחרים מעוניינים לזהות גנים ומסלולים ביוכימיים המסדירים את תהליך ההזדקנות.

לבסוף, מדענים מנסים גם להבין כיצד רקמות עוברות התחדשות ספונטנית בעקבות פציעה. תאים מיוחדים המכונים תאי גזע בוגרים נמצאו אינסטרומנטליים בתהליך זה, וכמה חוקרים סקרנים לגבי הדינמיקה של תאים אלה בעקבות פגיעה. מנקודת מבט קלינית, מדענים מעוניינים לחקור כיצד תאים אלה יכולים להיות מועסקים טיפולים להפרעות ניווניות.

עכשיו שאתם מכירים חלק מהשאלות הנשאלות בתחום, בואו נסתכל על כלי מחקר שונים שמדענים משתמשים בהם כדי לענות על השאלות האלה.

אחת הדרכים למדוד את גיל התאים היא על ידי קביעת אורך הטלומר ופעילות הטלומראז. שני פרמטרים אלה ניתן למדוד באמצעות תגובת שרשרת פולימראז, או PCR.

מדענים בוחנים גם את הסמנים שנקבעו של תאים סנסנטיים, כמו β-גלקטוזידאז. זה יכול להיעשות על ידי מכתים את התאים באמצעות בדיקות ביוכימיות והתבוננות בהם מתחת למיקרוסקופ.

לבחינת הגורמים המשפיעים על תוחלת החיים של האורגניזם, מדענים משתמשים לעתים קרובות באורגניזמים מודל לא חוליתי, כגון תולעים או זבובים. היתרונות עם מודלים אלה אורגניזמים הם זמני הדור הקצר יחסית שלהם, ואת היכולת שלהם לגדול במערך מעבדה פשוט. בנוסף, מניפולציות גנטיות יכולות להתבצע בקלות באורגניזמים אלה, המסייעים למדענים לבחון את תפקידי הגנים בתהליך ההזדקנות ואריכות הימים.

לבסוף, ניתן לחקור את תפקידם של תאי גזע בוגרים בהתחדשות רקמות באמצעות מספר גישות. לדוגמה, מדענים יכולים לתייג תאי גזע בוגרים ברקמת היעד עם סמנים ספציפיים, המאפשרים להם לעקוב אחר תאים אלה כמו רקמות מתחדשות. לפעמים, חוקרים ישירות להזריק תאי גזע multipotent אלה לתוך הרקמה הפגועה כדי ללמוד את תפקידם בתיקון בעקבות פציעה.

מכיוון שכעת אתה מכיר כמה מהשיטות המשמשות בתחום ההזדקנות והתחדשות הרקמות, בואו נסתכל על כמה יישומים ספציפיים של שיטות אלה.

אלגנס Caenorhabditis תולעים עגולות שימש כפלטפורמת הקרנה כדי לזהות מוטציות גנים שיכולים להאריך את תוחלת החיים. כאן, לאחר סנכרון גיל בעזרת פרוטוקול הטלת ביצים מתוזמן, מדענים ניתחו את ההשפעה של מוטציה גנטית על תוחלת החיים של האורגניזם.

כדי לחקור את המנגנונים של התחדשות רקמות, מודלים רבים זמינים הכוללים פגיעה ראשונית ואחריו ניתוח של מנגנוני התחדשות. בדוגמה זו, מדענים בחנו התחדשות רקמות בעקבות אבלציה של הקו לרוחב, מרכיב חושי מרכזי של מערכת העצבים ההיקפית של דגי הזברה.

כדי לגרום לאבלציה, מדענים טיפלו בדגים עם ג'נאמיצין. לאחר זמן ההחלמה המיועד, הדגים נשפכו לתוך תמיסת הצבע החיונית הפלואורסצנטית, אשר מכתימה את תאי הגזע העצביים. תאים מוכתמים אלה היו אז לכמת באמצעות מיקרוסקופיה פלואורסצנטית.

לבסוף, חוקרים לעתים קרובות להזריק תאי גזע בוגרים כדי לגרום לתיקון של רקמות פגומות. כאן, מדענים השתמשו בתאי גזע רב-תכליתיים כדי לגרום להתחדשות של רקמות שריר פגומות. כדי לעשות זאת, מדענים יצרו מודלים עכבר עם שרירי הגפיים האחוריות פגומים. לאחר מכן, תאי גזע רב-תכליתיים הוזרקו ישירות לשרירים הפגועים. לאחר ההזרקה, התאים קיבלו זמן להתרבות ולהבדיל, ותרומתם לתרומתם לתפקוד נותחה.

הרגע צפית בהקדמה של ג'וב לתחום ההזדקנות וההתחדשות. סרטון זה סקר את עיקריו ההיסטוריים של התחום, כמה שאלות מרכזיות שנשאלו על ידי ביולוגים, כמה בדיקות בולטות המשמשות כדי לענות על שאלות אלה, וניסויים עכשוויים שנערכים כדי להבין את הביולוגיה של התמדה והתחדשות. כמו תמיד, תודה שצפית!