С тех пор, как Лаззаро Спалланцани сообщил об этом в 17681 году, регенерация конечностей саламандры была одним из наиболее хорошо изученных природных регенеративных явлений, которое восхищало биологов на протяжении веков. Успешная регенерация конечностей зависит от формирования, роста и последующего формирования недифференцированной клеточной структуры, известной как бластема. Исследователи добились значительных успехов в понимании клеточного состава бластемы, а также того, какие поддерживающие ткани и типы клеток необходимы для ее формирования2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 . Тем не менее, скоординированные сигнальные механизмы между различными тканями и типами клеток, которые приводят к инициации образования бластемы, остаются плохо изученными.
Ключевым требованием для успешного образования и регенерации бластемы является раневой эпидермис, преходящий и специализированный эпителий, который покрывает плоскость ампутации в течение 12 часов после ампутации10. После ампутации эпителиальные клетки из неповрежденной кожи проксимально к травме быстро мигрируют по плоскости ампутации, образуя тонкий раневой эпителий14. По мере того, как бластема образуется в последующие недели, ранний раневой эпидермис развивается в более толстую эпителиальную сигнальную структуру, называемую апикальной эпителиальной шапкой (AEC)15. В то время как кожа нормальной полной толщины содержит как эпителиальный, так и дермальный слой, разделенный базальной пластинкой, раневой эпидермис / AEC состоит только из эпителиального слоя и не имеет базальной пластинки16,17. Отсутствие базальной пластинки и дермы обеспечивает прямой контакт между эпителиальными клетками раны и подлежащими тканями, что облегчает двунаправленную передачу сигналов между двумя компартментами, что имеет решающее значение как для образования бластемы, так и для поддержания 17,18.
Классические экспериментальные исследования разработали различные инновационные хирургические методы для зондирования функции и необходимости эпидермиса / AEC раны путем ингибирования его образования. Эти методы включали наложение швов19 или пересадку кожи полной толщины 20,21 над плоскостью ампутации, немедленное зашивание ампутированной конечности в полость тела22 и непрерывное ежедневное удаление или облучение раннего раневого эпидермиса и AEC23,24. В целом, эти эксперименты не только установили важность раневого эпидермиса / AEC, но и дополнительно определили его роль в раннем гистолизе тканей, а также в поддержании пролиферации клеток-предшественников и бластемального роста13 на протяжении всей регенерации.
Однако эти предыдущие исследования были в значительной степени ограничены гистологическим окрашиванием, а также тритиированными импульсами тимидина для отслеживания пролиферации клеток. Фактически, пересмотр этих классических экспериментов с современными технологиями секвенирования и функциональными методами у саламандр был сделан только недавно и привел к открытию дополнительных ролей для эпидермиса раны в модуляции воспаления и деградации / осаждения ECM на ранних стадиях регенерации25. С высвобождением различных последовательностей генома саламандры и транскриптома26,27,28,29,30,31,32,33,34, а также растущим числом функциональных методов, доступных у видов саламандр11,35,36,37,38 В настоящее время исследователи имеют хорошие возможности для того, чтобы начать разгадывать молекулярные механизмы, приводящие к образованию, функции и развитию эпидермиса раны.
К сожалению, некоторые из этих классических методов, используемых для ингибирования образования эпидермиса раны, являются технически сложными, представляя трудности для воспроизводимости между биологическими репликами в одном и том же эксперименте. Например, поддержание кожных трансплантатов может быть сложной задачей, поскольку трансплантаты могут в конечном итоге упасть с конечности хозяина, а ежедневное удаление раневого эпидермиса / AEC затруднено без повреждения подлежащих тканей. Кроме того, зашивание ампутированной конечности в полость тела является сложной задачей, а также требует дополнительной травмы в месте введения. С другой стороны, наложение швов на всю толщину кожи непосредственно над плоскостью ампутации относительно просто, технически воспроизводимо и приводит к минимальному повреждению тканей. Этот хирургический метод полного кожного лоскута (FSF) был ранее разработан Энтони Мешером в 1976 году у взрослых тритонов (Notophthalmus viridiscens). Он продемонстрировал, что операция FSF ингибирует формирование и функцию эпидермиса раны, запрещая как миграцию эпителиальных клеток над плоскостью ампутации, так и прямой контакт между эпителиальными клетками и подлежащими тканями.
Здесь эта хирургическая процедура показана шаг за шагом с использованием конечности аксолотля. В сочетании с современными молекулярными технологиями и технологиями секвенирования этот метод может оказаться очень полезным для исследователей, чтобы углубить наше понимание формирования и функции эпидермиса / AEC раны во время регенерации конечностей.