Se tagli una gamba a una salamandra, ricresce. Gli umani, tuttavia, non possono gestire il trucco. Le ragioni sono tutt'altro che semplici e in qualche misura sono ancora un po 'un mistero.
"In realtà ci rigeneriamo davvero bene; la nostra epidermide, ad esempio", ha detto a David Science, David Gardiner, professore di biologia cellulare e dello sviluppo presso l'Università della California, riferendosi allo strato superiore della pelle. "Il nostro rivestimento intestinale, possiamo rigenerare frammenti. Ma non rigeneriamo queste strutture più complesse."
Gardiner ha studiato la rigenerazione della salamandra per decenni, cercando il meccanismo alla base della superpotenza. La rigenerazione umana, ha detto, è probabilmente ancora in futuro, ma non troppo lontana - è possibile che uno dei suoi attuali studenti laureati o ricercatori post-dottorato la spezzerà e la rigenerazione degli arti farà parte del kit di strumenti medici.
Questo perché, in teoria, dovrebbe essere possibile ricrescere un arto umano. Nella pelle, ad esempio, se i tagli non sono profondi, non ci saranno cicatrici a causa del processo di guarigione che rigenera le cellule della pelle. È anche possibile per l'uomo rigenerare la punta delle dita se le cellule sotto le unghie sono ancora intatte. Le ossa si uniranno se ti unirai ai pezzi, diciamo, con una vite o un cast. I fegati umani possono anche crescere per riempire lo spazio e ricostruire parte della struttura che è stata danneggiata.
Crescere un intero arto
Ma la rigenerazione degli arti (del tipo che fanno le salamandre) va ben oltre la semplice sostituzione dei tessuti. Per rigenerare un arto, sono necessari ossa, muscoli, vasi sanguigni e nervi. Esistono cellule staminali adulte, una specie di cellula indifferenziata che può specializzarsi, che rigenera i muscoli, ma non sembrano attivarsi. "Puoi rigenerare i vasi sanguigni e persino i nervi", ha detto Gardiner. "Ma tutto il braccio non può."
Stéphane Roy, direttore del laboratorio per la rigenerazione dei tessuti nei vertebrati dell'Università di Montreal, ha osservato che la pelle, il fegato e le ossa non si rigenerano nello stesso senso in cui lo fanno le salamandre.
"Gli esseri umani possono solo sostituire lo strato superficiale della pelle (che è, in effetti, un processo continuo indicato come omeostasi)", ha detto in una e-mail. "La maggior parte della polvere in una casa sono cellule morte che abbiamo perso."
"Il fegato è anche abbastanza diverso dalla rigenerazione degli arti nelle salamandre", ha detto Roy. "La rigenerazione del fegato è in realtà un'iperplasia compensativa, il che significa che ciò che rimane crescerà di dimensioni per compensare ciò che è perso." Quindi il tessuto epatico che è lì crescerà, ma se l'intero fegato andasse perso, non potrebbe rigenerarsi.
"Ciò che è stato perso non ricrescerà, e quindi non puoi ri-amputare il fegato, al contrario degli arti in una salamandra, che può essere amputato più volte e ogni volta che un nuovo arto si rigenererà."
Gli umani hanno la capacità di rigenerarsi
Gardiner, tuttavia, disse che gli umani costruivano interi sistemi di organi nell'utero; da alcune informazioni genetiche un embrione umano si trasforma in una persona completa in nove mesi. Quindi c'è una capacità limitata di ricrescere le cose, e questo ha un senso evolutivo: gli umani devono essere in grado di guarire, ha detto.
Inoltre, il meccanismo genetico sottostante in un essere umano e in una salamandra non è poi così diverso, anche se il nostro ultimo antenato comune è divergente durante il periodo devoniano, circa 360 milioni di anni fa. "Non ci sono geni speciali per la rigenerazione", ha detto Gardiner. "Ci sono questi passaggi che attraversano e almeno uno di questi passaggi non funziona negli esseri umani."
Per ricrescere un arto, le cellule hanno bisogno di sapere dove sono - sono alla punta stessa di un arto dalle dita o sono all'articolazione del gomito? - e devono costruire le strutture giuste nell'ordine giusto. Le salamandre hanno alcuni geni che sono "spenti" nell'uomo, ha detto Gardiner. Forse quei geni consentono la rigenerazione o almeno aiutano a controllare il processo. Qualcosa nel passato evolutivo umano ha scelto di non esprimere quei geni come fanno le salamandre. Nessuno sa cosa fosse quel qualcosa, disse.
Nel 2013, uno scienziato australiano, James Godwin, alla Monash University, potrebbe aver risolto parte di quel mistero. Ha scoperto che le cellule, chiamate macrofagi, sembrano impedire l'accumulo di tessuto cicatriziale nelle salamandre. I macrofagi esistono in altri animali, inclusi gli umani, e fanno parte del sistema immunitario. La loro funzione è quella di fermare le infezioni e causare infiammazione, che è il segnale per il resto del corpo che è necessaria la riparazione. Le salamandre prive di macrofagi non riuscirono a rigenerare gli arti e formarono invece cicatrici.
Gardiner ha affermato che il lavoro di Godwin è stato un passo verso la comprensione della rigenerazione degli arti. Normalmente le salamandre non sviluppano affatto tessuto cicatriziale. Quando un essere umano strappa un muscolo o ottiene un taglio abbastanza profondo, danneggiando il tessuto connettivo, si forma il tessuto cicatriziale. Questo tessuto cicatriziale non offre la stessa funzionalità delle cose originali.
"Se riuscissi a far cicatrizzare una salamandra sarebbe davvero qualcosa", ha detto Gardiner, perché ciò farebbe luce sul meccanismo che rende gli umani incapaci di ricrescere un arto o un organo. Quindi i macrofagi potrebbero far parte della storia, ma non tutto.
Neotonia e rigenerazione degli arti
La capacità di "rimanere giovani" può aggiungere un'altra intuizione al mistero della rigenerazione degli arti. Salamandre messicane, chiamate axolotls, o Ambystoma mexicanum, sono neotenici, nel senso che mantengono le caratteristiche giovanili nell'età adulta. Questo è il motivo per cui gli axolotl mantengono le branchie mentre maturano, mentre altre specie di salamandra no.
Anche gli umani possiedono neoteny, motivo per cui gli adulti sembrano più simili a noi stessi di quanto non lo siano con gli altri primati, e perché impieghiamo più tempo a maturare di, diciamo, gli scimpanzé. C'è qualche connessione, forse, con il neoteny e la rigenerazione. Gardiner osserva che i giovani sembrano in grado di guarire meglio di quelli più anziani.
Inoltre, i ricercatori della Harvard Medical School hanno scoperto che un gene chiamato Lin28a, che è attivo negli animali immaturi (e nell'uomo), ma si chiude con la maturità, ha una mano nel consentire ai topi di rigenerare i tessuti - o almeno di ricrescere le punte di le dita dei piedi e le orecchie. Una volta che gli animali avevano più di 5 settimane, non erano in grado di ricrescere quelle parti, anche quando la funzione Lin28a era stimolata. Lin28a fa parte del sistema di controllo dell'animale per il metabolismo: quando stimolato, può far sì che un animale generi più energia, come se fosse più giovane.
Ma la natura esatta della connessione non è ancora stata compresa. Mentre tutte le salamandre possono rigenerare gli arti, solo gli axolotl sono neotenici, osserva Roy.
Le salamandre, in particolare gli axolotl, possono reclutare cellule staminali per iniziare a ricrescere gli arti e anche il tipo di cellule che reagiscono a un sito della ferita appare collegato al fatto che gli arti possano ricrescere. Gardiner è stato in grado di indurre le salamandre a far crescere gli arti extra stimolando la crescita delle cellule nervose in un sito della ferita.
"Potrebbe avere a che fare con una forte risposta immunitaria, o con il rilascio specifico di alcuni fattori di crescita, o una combinazione di entrambi. Potrebbe essere in parte una questione di biofisica: gli arti di Salamander sono molto più piccoli degli umani; tuttavia, le rane non possono rigenerare il loro arti, quindi potrebbe non essere solo una questione di dimensioni ", ha detto Roy.
Questo mistero rimane uno - almeno per ora.
Articolo originale su Live Science.
