РЕГЕНЕРАЦИЯ КАК АДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМОВ К

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ
СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА
РОССИЙСКО-СЛОВАЦКОЙ ДРУЖБЫ № 1934
РЕГЕНЕРАЦИЯ КАК АДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМОВ К
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
РЕПАРАТИВНАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ КОЖИ ЧЕЛОВЕКА
Автор работы:
Лобанова Анастасия Дмитриевна
Ученица 11 «Б» класса
телефон: +7(906)752-29-82
E-mail: [email protected]
Научный руководитель:
Войнова Инесса Юрьевна
учитель биологии
Москва 2013
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение
2. Теоретические основы регенерации организмов
1) Процессы регенерации у животных
a) Эпиморфоз и морфолаксис
b) Царица регенерации – саламандра
c) Бессмертное существо нашей планеты
2) Процессы регенерации у человека
3. Практическая основа регенерации кожи человека
1) Процесс заживления кожи, образование рубцов
2) Эксперимент «Заживление рубцов»
4. Заключение
5. Список использованной литературы
2
1. ВВЕДЕНИЕ
На этой конференции выбрана одна из интереснейших для меня
тем: регенерация как адаптация организмов к окружающей среде.
Возможно, эта тема интересна многим, потому что каждый, я думаю,
хотел бы, чтобы его кожа, мышцы, кости и другие системы органов
восстанавливались после любых повреждений, а также многим
хотелось бы узнать, можно ли избежать старения и смерти, а все это,
как известно, связано с процессами деления и восстановления клеток регенерацией.
Цель проекта: проанализировать современные направления (или
данные) в изучении вопроса регенерации и проблем старения человека.
Задачи проекта:
1. Выяснить, есть ли в нашем мире существа, способные к полной
регенерации организма и бессмертию.
2. Проанализировать медицинские способы ускорения процесса
заживления кожи человека и провести эксперимент по созданию
регенерирующих мазей и определению их регенерирующего эффекта.
Методы исследования:
Теоретические: анализ научной литературы и иных источников
информации, обобщение информации.
Практические: наблюдение, эксперимент.
Объект исследования: Кожа как один из немногих регенерирующих
органов человека.
Предмет исследования: Регенерация кожи без образования рубцовой
ткани благодаря специальным мазям.
Гипотеза работы: Человек способен регенерировать органы своего
организма, но для этого необходимы определенные изменения условий
его существования.
3
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕГЕНЕРАЦИИ
ОРГАНИЗМОВ
Что такое регенерация, знают многие, но я напомню: это
способность
живых
организмов
со
временем
восстанавливать
повреждённые ткани, а иногда и целые органы. [1]
1) Процессы регенерации у животных
а) Эпиморфоз и морфаллаксис
Мне удалось выяснить, что в регенерации у животных участвуют
два процесса: эпиморфоз и морфаллаксис.
При
эпиморфической
регенерации
утраченная
часть
тела
восстанавливается за счет активности недифференцированных клеток.
Эти
клетки,
похожие
на
эмбриональные,
накапливаются
под
пораненным эпидермисом у поверхности разреза, где они образуют
зачаток, или бластему. Клетки бластемы постепенно размножаются и
превращаются в ткани нового органа или части тела.
При
морфаллаксисе
другие
ткани
тела
или
органа
непосредственно преобразуются в структуры недостающей части.
У гидроидных полипов регенерация происходит главным образом
путем морфаллаксиса, а у планарий в ней одновременно участвуют и
эпиморфоз, и морфаллаксис. Регенерация путем образования бластемы
широко распространена у беспозвоночных и играет особенно важную
роль в регенерации органов у амфибий. [2]
б) Царица регенерации «Саламандра»
Рассмотрим,
какие
процессы
способствуют
отращиванию
конечностей у всем известной "царицы" регенерации - саламандры.
4
Оказывается,
несколько
лет
назад
профессор
Дрезденского технического университета Элли Танака)
с группой исследователей из Центра регенеративной
терапии провела эксперимент и напечатала это в
статье журнала Nature.
Эксперимент состоял в том, что они
светящийся
зеленый
саламандры,
чтобы
ген
внедрили
медуз
наблюдать
в
за
клетки
процессом
регенерации в действии и сравнить его с процессом
заживления ран человека.
Как выяснилось, после ампутации конечности у саламандр, в
отличие от людей, кровеносные сосуды быстро сжимаются и
останавливают кровотечение, на поверхности раны сразу образуются
клетки кожи и формируется бластема (скопление прогениторов,
порождённых различными тканями, которые, в свою очередь,
порождают каждый свою специфическую ткань), которая в итоге и
становится
новой
частью
тела.
Следовательно,
в
процессах
восстановления участвует бластема.
Так же есть мнение, что восстановление
происходит благодаря макрофагам. Учёные из
Австралийского института регенеративной
медицины
Университета
Монаша
обнаружили, что при систематическом
удалении
у
называемых
саламандр
клеток,
макрофагами,
отвечающих
животные
теряли
за
иммунитет,
способность
к
регенерации. Вместо этого на месте потерянных конечностей
образовывались шрамы. Возглавляющий группу исследователей
5
Джеймс Годвин (James Godwin) убеждён, что опубликованная работа
приближает человечество ещё на один шаг к пониманию, какие
условия необходимы для регенерации. «Раньше нам казалось, что
макрофаги
только
мешают
регенерации,
но
проведённое
исследование показало, что это не так. Если макрофаги отсутствуют
на ранней стадии заживления, регенерации не происходит», –
цитирует Джеймса Годвина ScienceDaily. Сейчас, по словам учёного,
необходимо
выяснить,
какую
конкретно
роль
в
процессе
восстановления конечностей играют макрофаги. [4]
Но вопрос о взаимосвязи иммунной системы и регенерации очень
спорный. Например, многие ученые, включая Доктора Хебера-Катца,
полагают, что организмы первоначально имели два способа исцеления
от ран - иммунную систему и регенерацию.
В ходе эволюции обе
системы стали несовместимы друг с другом - и пришлось выбирать.
Хотя регенерация – очень полезная способность, но какой от нее толк,
если нас будут поражать различные смертельные вирусы и в нашем
организме будет образовываться несметное количество раковых клеток.
Эти открытия и предположения
ученых убеждают нас, что
иммунная система, защищая нас от инфекций и рака, одновременно
подавляет наши способности к самовосстановлению, все эти процессы
еще не изучены до конца, и остается надеяться, что ученые смогут
разгадать эту загадку.
с) Бессмертное существо нашей планеты
Я выяснила, что влияет на регенерацию саламандры. Все равно,
саламандра смертна, не смотря на то, что может отращивать органы, а
есть ли вечно живущие формы?
6
Недавно учеными было обнаружено как раз именно такое
бессмертное
существо нашей планеты. Как оказалось, этим
существом является медуза Turritopsis nutricula.
Медуза способна на всем протяжении
своей жизни постоянно себя
омолаживать.
Открытие, как это довольно часто случается,
произошло спонтанно. Как-то раз итальянский
ученый Фернандо Боэро для собственных
опытов посадил в аквариум «на сохранение» нескольких медуз
вида Turritopsis nutricula. Эти медузы были мало известны, потому
что имели очень невзрачный вид и очень маленькие размеры. По
некоторым причинам запланированные опыты пришлось отложить, и
исследователь забыл о несчастных медузах. Аквариум высох и все
его обитатели, казалось, погибли.
Обнаружив этот печальный факт, Боэро принялся было чистить
аквариум, чтобы заполнить его другими «подопытными». Но он бы
не был настоящим естествоиспытателем, если бы не предпринял
попытки изучить останки высохших медуз. Как же он удивился,
когда выяснилось, что медузы вовсе не погибли, а всего лишь
отбросили свои щупальца и вновь превратились в личинок. Боэро
решил продолжить спонтанно возникший опыт и вновь наполнил
аквариум водой.
Через
некоторое
время
произошло
настоящее
чудо:
полузасохшие личинки превратились в полипы, от которых
впоследствии отпочковались новые медузы.
Медуза Turritopsis nutricula имеет размер всего лишь 5 мм., и
обитает в тропических водах. В отличие от своих сородичей, этот
7
вид медузы не умирает сразу после размножения, а регенерирует,
омолаживая себя. Этот процесс называется трансдифференциация
(это способность специализированных клеток «возвращаться» на
стадию стволовой клетки с последующей специализацией в клетку
другого типа). Именно благодаря процессу трансдифференциации
медуза и живет вечно. [5]
Медуза Turritopsis nutricula на сегодняшний день является
единственным представителем фауны, который способен себя
омолаживать.
Разумеется,
бессмертные
медузы
тоже
могут
погибнуть, но только «не своей смертью».
2) Регенерация человека
Почему же клетки остальных животных и человека не могут
делиться вечно?
На этот вопрос нам может ответить предел или лимит
Хейфлика— граница количества делений соматических клеток. В 1961
году Хейфлик наблюдал, как клетки человека, делящиеся в клеточной
культуре, умирают приблизительно после 50 делений и проявляют
признаки старения при приближении к этой границе. Для большинства
человеческих клеток предел Хейфлика составляет 52 деления. [1]
Замирание деления клеток сопровождается появлением такого
процесса, как апоптоз ( программируемая клеточная смерть и процесс
само ликвидации на клеточном уровне).
Апоптоз может наступить раньше своего срока от воздействия
химических веществ. Многоклеточным организмам изначально дано
"умирать" иначе был бы разрушен круговорот веществ в природе.
У
человека
имеется
в
основном
только
репаративная
(восстановительная) регенерация, то есть регенерация как процесс
8
ликвидации структурных повреждений после действия патогенных
факторов.
Известно три вида клеток, которые могут регенерировать у
человека и всех млекопитающих, - это клетки крови, клетки печени и
эпидермиса. Но здесь принцип регенерации иной. Когда эмбрион
млекопитающего развивается, немножко клеток остается в стороне от
процесса специализации. Это - стволовые клетки. Они обладают
способностью пополнять запасы крови или отмирающих клеток
печени. Костный мозг тоже содержит стволовые клетки, которые могут
становиться мышечной тканью, жиром, костями или хрящами - в
зависимости от того, какие питательные вещества им даются. Но в
процессе старения организма их количество уменьшается, и они уже не
могут функционировать, как у эмбрионов, и восстанавливать целые
органы. Во взрослом состоянии у человека приходиться примерно 1
стволовая клетка на 4-8 миллионов соматических клеток, поэтому
сейчас ученые активно пытаются воссоздавать или синтезировать их.
Ведь с помощью стволовых клеток, можно будет, к примеру, заменить
поврежденные при инфаркте, инсульте и множестве инфекционных
заболеваний, клетки.
3.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ОСНОВА РЕГЕНЕРАЦИИ
КОЖИ ЧЕЛОВЕКА
Чаще всего заметная регенерация нашего организма - это
зарастание порезов, то есть регенерация кожи, которая обусловлена
только постоянным ее делением.
Мне стало интересно, за сколько примерно зарастает у человека
небольшой порез, поэтому, когда я заметила у себя таковой,
немедленно засекла время и начала ждать, когда же он зарастет. Мой
9
мини-опыт показал, что на зарастание маленького пореза на пальце
ушло 151 час 17 минут, а именно 6 дней с хвостиком.
Окончание процесса рубцевания
Начало процесса
1) Процесс заживления кожи и образование рубцов.
А почему кожа не восстанавливается до конца, и почему
образуются рубцы?
Мне, как девушке, естественно захотелось выяснить, можно ли
избавиться от этих некрасивых и портящих кожу недостатков.
Выясняя, что же такое рубец, я узнала: если рана обширная или
проникает вглубь, затрагивая внутренний слой кожи – собственно
кожу, или дерму – и другие ткани, на месте поврежденных тканей
образуются
особые
«ремонтные»
клетки,
которые
называются
рубцовой тканью. Эта ткань, плотная, бледного цвета, не обладает
гибкостью кожи или мышцы, которую заменяет, она не изнашивается и
не обновляется. Рубцовая ткань состоит преимущественно из коллагена
и отличается от тканей, которые она замещает, пониженными
функциональными свойствами. Например, рубцы на коже более
чувствительны
к
ультрафиолетовому
излучению,
и
в
них не
восстанавливаются потовые железы и волосяные фолликулы.
Врачи говорят, что: «Заживление раны проходит четыре определенные
стадии: гемостаз (остановка кровотечения), воспаление, пролиферация
(зарастание клеток), матурация (конечное образование рубца). Процесс
полного заживления может занять год или более того, все зависит от
тяжести самого шрама». Фибробласты помогают «реконструировать»
травмированный участок кожи, на этом этапе рубец выравнивается.
10
Фибробласты (Фото 9) - это мелкие
клетки
разной
рибосомами
и
формой,
богатые
произошедшие
от
стволовых клеток, участвуют в синтезе
внеклеточного
матрикса:
белков
(коллагена и эластина), которые
формируют волокна и протеогликанов и гликопротеинов основного
аморфного вещества. [1] То есть фибриобласты это "последователи"
стволовых клеток.
В любом случае теперь нам ясен процесс заживления. А
зарубцовывание ран - это своеобразная защита нашего организма от
травмирующих воздействий на нашу кожу, тоже своего рода
приспособление к окружающей среде.
Я узнала, что такое рубцы, но, а как от них избавиться быстрее?
Существует множество специальных мазей против рубцов, растяжек и
других повреждений, остаётся только выяснить, как они работают.
В большинство кремов от рубцов и растяжек входят следующие
вещества:
1.Cepalin - эктракт лука для лечения шрамов и рубцов.
Основной компонент экстракта - флавон лука. А уже флавониды — это
крупнейший
класс
растительных
полифенолов.
Они
обладают
способностью, особенно выраженной в сочетании с аскорбиновой
кислотой, уменьшать проницаемость и ломкость капилляров, тормозят
свёртывание крови, и повышают эластичность эритроцитов
Согласно
исследованиям,
проведенным
в
2006
году,
Цепалин
существенно улучшает внешний вид гипертрофических шрамов.
11
2. Аллантоин (5-уреидогидантоин) - применяется в качестве
вяжущего средства, и включён в список местных анестетиков.
Также широко применяется в косметической промышленности в
составе различных кремов, при этом производители косметики
декларируют, что аллантоин оказывает двоякое воздействие на
кожу: смягчает роговой слой, способствуя отделению отмерших
клеток, и стимулирует регенерацию тканей.
3.
Метилпарабен
(нипагин,
метил
4-гидроксибензоат)
—
метиловый эфир пара-гидроксибензойной кислоты. Применяется в
качестве консерванта и антисептика.
4. Гепарин — кислый серосодержащий гликозаминогликан;
впервые выделен из печени. В клинической практике известен как
прямой антикоагулянт, то есть как вещество, препятствующее
свёртыванию крови. Применяется для профилактики и терапии
тромбоэмболических заболеваний, при операциях на сердце и
кровеносных сосудах, для поддержания жидкого состояния крови в
аппаратах искусственного кровообращения и гемодиализа, а также для
предотвращения свертывания крови при лабораторных исследованиях.
А еще различные консерванты и загустители.
Все эти вещества, входящие в состав мазей против рубцов,
обладают
либо
антисептическим
свойством,
либо
улучшают
свертываемость крови, и пока я раздумывала над этими вопросами, в
голову мне пришла отличная идея. Почему бы мне самой не
приготовить мазь против рубцов.
2) Эксперимент «Заживление рубцов»
Гипотеза исследования: Человек способен лично ускорить
процесс заживления кожи, без помощи фармацевтических компаний.
12
Мне захотелось показать, что обычный человек, не профессор и
не ученый, может тоже попытаться помочь себе, хотя бы в лечении
рубцов, и что каждый может приготовить свою мазь, которая будет не
хуже магазинных. Оказалось, что на просторах интернета можно найти
множество народных рецептов по приготовлению мазей против рубцов.
Я приготовила две мази:
Первая мазь из семечек дыни и скорлупы яиц.
Ее рецепт:
Возьмите в равных пропорциях семечки дыни, скорлупу яйца; все
тщательно
измельчите
и
перемешайте.
Добавьте
столько
растительного масла, чтобы образовалась густая кашица. Наносите
полученную смесь на область рубца в течение двух месяцев.
1)Сначала я высушила семечки дыни " Торпеда" и
скорлупу от яиц.
2)Затем все измельчила на кофемолке.
3)Потом, по инструкции я смешала в равных
пропорциях эти элементы и добавила растительного
масла
Второй рецепт, состоящий из следующих продуктов требует уже
термической обработки.
Состав: 60 мл масла календулы, 2 г
пчелиного воска, 8 г масла какао или масла
ши .Но, имеются противопоказания для
аллергиков: если у вас есть аллергия на
календулу, то вам не следует использовать
такую мазь.
13
Вот ее рецепт: Смешать масло и воск и поместить на водяную баню и
на медленный огонь. Постепенно воск растворится, смесь нужно все
время перемешивать. Когда она будет однородная нужно капнуть
каплю мази на ровную прохладную поверхность и дать остыть.
Если консистенция кремовая, то мазь готова. Если
смесь слишком жидкая, придется добавить немного
воска и наоборот. Снять с огня, поместить в емкость
и охладить. В результате всего у нас получается
вязкая, приятно пахнущая мазь.
Мне остается только проследить за тем, будут ли они
действовать.
Шрамы на колене (двухлетней давности) буду мазать первой
мазью, а шрам от операции второй.
Результаты
эксперимента
с
коленом
предоставлены
на
следующих фотографиях:
Первая
фотография
колена
до Последняя
использования мази.
фотография
колена,
после пользованием мази около
четырех недель.
Для удобства нанесения мази, я каждый раз фиксирую ее
небольшой повязкой. В итоге, жидкое содержимое мази впитывается.
Результаты
эксперимента
со
шрамом
предоставлены
в
следующих фотографиях:
14
Первая
фотография
использования мази
шрама
до Последняя фотография шрама,
после
использования
мази
около одного месяца
Конечно, чтобы доказать их эффективность, нужно пользоваться
ими несколько месяцев, а сроки моего наблюдения, к сожалению, были
ограничены. Но я не остановлюсь на достигнутом, и все же буду
наносить эту мазь как положено два раза в день в течении трех-четырех
месяцев, как и все мази такого действия. И в конце, уже будет понятно,
действительно ли есть толк от этих мазей.
В любом случае, мне удалось доказать, что приготовить мазь
может каждый, что это не очень сложно, но зато вы можете
убедиться в полезности ее состава и в ее эффективности.
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Ммне удалось доказать свою гипотезу, так как многие ученые
действительно работают над созданием условий для регенерации
органов людей. А также мы выяснили, что регенерация людей тесно
связана со стволовыми клетками, поэтому уже много лет задачей
ученых является именно поиск и синтез стволовых клеток.
Мне было очень интересно проводить эту работу, и я сделала для
себя самый главный вывод: все будущие достижения и открытия
могут быть совершены только ныне живущим поколением, то есть
15
нами. Мы – будущее мира, и найти способ излечения опасных болезней
сможем только мы.
Список использованной литературы:
[1]- wikipedia.org
[2]-
энциклопедии:
медицинская
Малая
медицинская
энциклопедия;
Первая
помощь; Энциклопедический словарь медицинских
терминов на http://enc-dic.com/
[3]- статья Леонида Попова «Зелёные белки раскрыли тайну
возрождения саламандры» на membrana.ru/
[4]- http://www.stud-forum.ru/
[5]- энциклопедии «Эликсир», «Эрудит», «Энциклопедия животных» на
сайте natureworld.ru
[6]- quantumcristal.com
[7]-статья Станислава Голубева на http://planeta.moy.su/
А также статьи Даниеля Меруэло, Ларисы Аксеновой, и статьи на
сайтах:
http://news.bbc.co.uk
facepla.net
16
http://www.lifesciencestoday.ru
http://www.starenie.ru
17