Лекция №13 Регенерация и трансплантация

I. Регенерация, её виды.

Регенерация – это процесс повторного развития, восстановление организмом утраченных или повреждённых органов и тканей, а также восстановление целого организма из его частей.

Процессы регенерации могут идти на различных уровнях: клеточном, тканевом, органном и организменном.

Виды регенерации:

I. Физиологическая.

II. Репаративная.

III.Патологическая.

I. Физиологическая регенерация – восстановление морфологических структур (на клеточном и тканевом уровнях) в процессе жизнедеятельности организма.

Примером физиологической регенерации может служить постановление эпителия кожи у человека, регенерация форменных элементов крови, волос, эпителия слизистых оболочек ротовой полости, желудка, кишечника и т.д.

II. Репаративная регенерация (от reparation- возмещение) – восстановление тканей и органов, отторгнутых насильственным путём. В зависимости от масштабов повреждения различают формы репаративной регенерации:

а) на клеточном уровне;

б) на тканевом уровне; например, при переломе кости у человека сначала появляется костная мозоль, а затем восстанавливается костная ткань.

в) на органном уровне; например, у человека может регенерироваться печень.

г) на организменном уровне; например, встречается у кишечнополостных, плоских и кольчатых червей.

Эту регенерацию Б.П. Токин в 1958 году выделил в самостоятельную форму и назвал её соматическим эмбриогенезом. Соматический эмбриогенез – восстановление целого организма из группы соматических клеток. Например, у кишечнополостных (гидра), у ресничных червей (белая планария) из группы клеток 1/10 организма восстанавливается новый организм.

Способы репаративной регенерации:

а) эпиморфоз

б) морфаллаксис

в) эндоморфоз

Эпиморфоз – отрастание утраченного органа от раневой поверхности. Ткани, прилежащие к ране рассасываются, клетки начинают активно делиться. Сначала образуется зачаток органа, а позже восстанавливается и сам орган. Например, регенерация хвоста у ящерицы.

Морфаллаксис – перегруппировка оставшейся части органа с последующим восстановлением органа меньших размеров или целого организма. Новая особь (или восстановленный орган) сначала оказывается меньших размеров, но в дальнейшем увеличивается.

Обычно эпиморфоз и морфаллаксис сопутствуют друг другу, но в одних случаях преобладает первая форма, а в других – вторая. Так, при отрастании хвоста у ящерицы или ноги у тритона имеет место преимущественно эпиморфоз, а при регенерации планарий, гидры, ноги таракана – морфаллаксис.

Эндоморфоз (регенерационная гипертрофия) – регенерация, происходящая внутри органа. В этом случае восстанавливается не форма, а масса органа. Регенерация по типу эндоморфоза начинается с заживления раны, а затем происходит увеличение оставшейся части органа за счет размножения клеток и их гипертрофии.

Восстановившийся орган в размерах сохраняет форму культи. Например, регенерация печени у млекопитающих.

III. Патологическая регенерация – разрастание тканей, не идентичных здоровым тканям в повреждённом органе. Например, на месте глубоких ожогов может быть массивное разрастание плотной соединительной рубцовой ткани, нормальная структура кожи не восстанавливается. После перелома кости при отсутствии совмещения обломков её нормальное строение не восстанавливается, а разрастается хрящевая ткань.

Формы патологической регенерации:

а) Заполнение дефекта. В результате травмы возникают дефект или рана, которые заполняются другой тканью. Например, при глубоком порезе вместо мышц разрастаются соединительная ткань и образуется рубец.

б) Регенерация патологически измененных тканей. Например, после инфаркта миокарда мышечная ткань сердца заменяется на соединительную ткань.

в) Заместительная регенерация – это искусственная регенерация. Сначала пересаживается ткань, которая затем отторгается и далее восстанавливается ткань организма. Например, при обширных ожогах используют кожную пластику. Кожный лоскут берут от другого организма и делают пересадку в область ожога. Со временем пересаженная кожа отторгается и восстанавливается собственная кожа организма.

г) Компенсаторная регенерация. Такая регенерация характерна для парных органов в случае, если парный орган удалён. Другой парный орган увеличивается в размерах. Например, компенсаторная регенерация характерна для почек легких.

В зависимости от результатов регенерации имеется ещё одна классификация:

1) Типичная регенерация (гетероморфоз) – восстанавливается тот же орган, или та же ткань, которые были утрачены.. Например, восстановление хвоста у ящерицы.

2) Атипичная регенерация (гетероморфоз) – на месте утраченного органа образуется другой орган. Например, при удалении у рака глаза на его месте вырастает клешня, что объясняется видоизменениями зачатков ног в процессе онтогенеза.

Условия, влияющие на течение восстановительных процессов и стимуляцию регенерации.

Основой регенерации являются молекулярно-генетические и внутриклеточные механизмы: редупликация ДНК, синтез белка, накопление АТФ, митотическая активность клеток.

Процессы, происходящие в регенерате регулируются:

- нервной системой. Денервация вызывает прекращение регенерации и, наоборот, сохранение иннервации стимулирует регенерацию.

- гуморальной системой. В частности, гормоны щитовидной железы и гипофиза усиливают регенерацию мышечной ткани. У животных с удаленной щитовидной железой процессы регенерации замедлены. Гормон коры надпочечников – альдостерон также стимулирует регенерацию. Полноценное витаминное питание способствует регенерации.

- стимулирующее влияние на регенеративный процесс оказывает функциональное состояние органа. Например, процесс восстановления мышц протекает интенсивнее при их упражнении.

- возрастом. Чем старше организм, тем менее интенсивна регенерация.

- уровнем организации. У низкоорганизованных организмов регенерация выражена лучше, вплоть до восстановления целого организма из его части (гидра, планарии).

На свойстве регенерации в медицине основана трансплантация.

Трансплантация (от лат. transplantacio – пересадка) – это пересадка или приживление тканей и органов.

Трансплантология – наука, которая изучает вопросы заготовки, хранения и техники пересадки тканей и органов у человека.

Термины, используемые в трансплантологии:

Донор – организм у которого берут ткань или орган

Реципиент – организм, которому пересаживают ткань или орган.

Трансплантант – ткань или орган, которые пересаживают.

Виды трансплантации

1. Аутотрансплантация – пересадка осуществляется в пределах одного организма.

2. Аллотрансплантация – производят пересадку от одного организма другому, принадлежащего к этому же виду.

3. Ксенотрансплантация – донор и реципиент относятся к разным видам. Например, были пересажены почки свиньи человеку.

Выделяют особый вид трансплантации – изотрансплантацию – трансплантацию между однояйцевыми близнецами.

По месту пересадки различают:

1. Ортотопическую трансплантацию – пересадку трансплантата производят на то же место.

2. Гетеротопическую трансплантацию – орган пересаживают на другое место.

Этапы становления трансплантологии как науки.

I. Хирургический. На этом этапе врачи – хирурги занимались трансплантацией с целью устранения дефектов. Врачам в этот период становления трансплантологии не было известно об иммунной совместимости донора и реципиента. Такие операции приводили к отторжению трансплантата.

II. Биолого-хирургический с середины 20 века. Он характеризуется изучением биологических особенностей донора и реципиента, их гистосовместимости.

Вклад отечественных и зарубежных ученых в развитие трансплантологии.

Пластическая, или восстановительная хирургия занимается оперативным восстановлением нормальной формы или функции органов человеческого тела, которые утрачены или нарушены в результате травмы, болезни или вследствие порока развития.

Пластическая хирургия существовала с далёкой древности, исправляя главным образом дефекты, обезображивающие человека. Сто лет назад – 7 марта 1902 г. – Австрией Tmerich Uelmann (Ульман) выполнил первую экспериментальную пересадку почки у собаки. А 7 марта 2002 г. В Вене состоялся симпозиум, посвященный 100-летию трансплантологии.

Рождение отечественной трансплантологии связано с именем великого русского хирурга Н.И. Пирогова. 9 декабря 1835 г.в Санкт-Петербургской Академии наук доктор медицины прочитал лекцию «О пластических операциях вообще, ринопластике в особенности». В этой

работе он детально проанализировал проблему трансплантологии. Пирогову Н.И. принадлежит замечательная мысль о возможности свободной пересадке кожи. В 1852 г Н.И. Пирогов разработал метод создания опорной культи при ампутации стопы с применением костнопластической операции и провёл эту операцию успешно.

В 1865 г. Р.К.Шимановский издал в Киеве руководство по кожной пластике, в котором описал известные к этому времени операции на теле человека.

С.М.Янович – Чайнский в 1872 г. Предложил метод пересадки кожных островков в толщу грануляций, В.П.Филатов – метод мигрирующей пластинки кожи на ножке, который получил широкое распространение.

В.П.Филатов в Одессе впервые сделал пересадку роговицы от трупа. В 1928 г. В.Н.Шамов впервые в мире высказал мысль о возможности переливания трупной крови (жидкая ткань) и доказал это в опытах на собаках. Человеку трупную кровь впервые перелил С.С. Юдин в 1930 г.

Первая в мире попытка пересадки почки человеку была произведена в 1934 г. русским хирургом Ю.Ю.Вороным; успешную пересадку почки с учетом иммунной совместимости сделал в 1958 г академик Б.В.Петровский.

В 1946 г. Владимир Петрович Демихов впервые в мире пересадил второе донорское сердце в грудную полость собаки. В 1947 г. также впервые в мире он осуществил пересадку лёгкого без сердца. Через год он сделал пересадку печени у собаки. В 1957 г. В.П.Демихов произвёл пересадку головы от одной собаки на туловище другой. Такое двуглавое животное прожило пять дней, обе головы реагировали на внешние раздражители. В.П.Демихов разработал технику пересадки почек у собаки.

В 1954 г. Josef E. Murray (Нобелевский лауреат) впервые успешно выполнил пересадку почки у человека.

Thomas Starzl в 1963 г. выполнил первую удачную пересадку печени у человека.

John Najarian впервые в 1967 г. выполнил пересадку поджелудочной железы у человека.

Первая, ставшая известной на весь мир, операция по пересадке сердца от человека человеку была сделана 3^го декабря 1967 г. Кристианом Бернардом, хирургом из Кейптауна, считавшим В.П.Демихова своим учителем. К.Бернард дважды, в 1960 и 1963 гг., приезжал в лабораторию В.П.Демихова и ассистировал ему.

В 1967 г. Johannes Joseph von Rood основал «Евротрансплант» - международную организацию, которая отвечает за посредничество и распределение дарственных процедур на донорские органы в Австрии, Бельгии, Германии, Люксембурге, Голландии и Словении. В этот объединенный центр стекается информация из всех специализированных центров трансплантации, лабораторий типирования и больниц, в которых осуществляется забор органов. На территории, подконтрольной «Евротрансплантату», проживает более 118 млн человек.

В настоящее время главная проблема специалистов по пересадке органов – отсутствие материала по трансплантации – почек, сердец, печени. Результаты исследований в области генной инженерии, как надеются сотрудники московского НИИ трансплантологии, могут в перспективе полностью решить проблему нехватки донорских органов. Российские хирурги начинают пересаживать пациентам клонированные органы. Выращивать сердца и почки будут из клеток самих больных. На основе стволовых клеток, которые берут из эмбрионов, или из спинного мозга человека, специалистами разработан кардиомиоцит – клетка сердечной мышцы. Кардиомиоциты способны помочь в лечении больных, перенёсших инфаркт миокарда.

Делались попытки пересадки сердца от обезьян, свиней, но безуспешно.

В крайних случаях временным вариантом является подключение пациента к искусственному сердцу.

Лекция №14 Молекулярная генетика. Гены. Теория гена. Функционирование генов в процессе биосинтеза белка у прокариот и эукариот. Генная инженерия

Ген - функциональная единица генетического аппарата организма(ДНК или РНК); информационная структура, кодирующая полипептид, р-РНК или т-РНК. Действие генов проявляется в фенотипе.

Химическое строение гена

Так как ген – участок ДНК, то в его состав входят такие химические вещества: азотистые основания (А, Г, Т, У); остатки фосфорной кислоты и дезоксирибоза.

Структура гена:

Гены включают такие единицы:

мутоны – минимально одна пара нуклеотидов, способных мутировать (изменяться)

реконы - минимально две пары нуклеотидов, способных рекомбинировать (меняться местами)

цистроны – десятки и сотни нуклеотидов, контролирующих синтез полипептидов

По функциям гены условно делят на 3 группы

I. Структурные:

Они транскрибируются и определяют структуру:

а) информационной РНК и структурных белков

б) информационной РНК и белков – ферментов

в) рибосомной РНК, транспортной РНК

II. Функциональные - выполняют регуляторные функции:

1) влияют на активность структурных генов.

2) подают сигнал начала и конца синтеза структурных генов.

3) обозначают запуск или окончание транскрипции.

К этим группам относятся гены промоторы, терминаторы, регуляторы, операторы

III. Гены, выполняющие функции модуляторов:

а) ингибиторы - супрессоры;

б) интенсификаторы;

в) модификаторы.

Свойства генов:

1) Свойство контролировать определенные ферментативные реакции.

2) Свойство к мутировать.

3) Свойство рекомбинировать.

4) Дискретность (делимость на более мелкие единицы).

5) Плейотропность (множественное действие).

6) Дозированность (зависимость результата от дозы гена).

7) Пенетрантность гена – количественный показатель: частота фенотипического проявления гена (в %) в популяции.

8) Экспрессивность – свойство характеризует степень выраженности признака.

9) Проявление гена зависит от факторов внешней среды.

Схема генетической регуляции биосинтеза белка у про- и эукариот.

Р. Жакоб и Ж. Моно в 1961 г. предложили гипотезу регуляции биосинтеза белка у прокариот – "гипотезу оперона".(слайд 11)

Строение оперона прокариот.

1) Ген-промотор (место первичного прикрепления фермента).

2) Ген- оператор – включает и выключает работу структурных генов.

3) Структурные гены расположены единым блоком – образуют центральное звено оперона.

4) Ген – регулятор находится изолировано на расстоянии от основной части оперона. Он кодирует белок – репрессор, блокирующего при присоединении к гену – оператору транскрипцию – способность блокировать транскрипцию зависит от конформации белка – репрессора. Конформация меняется при связывании его с веществами индукторами – субстратами ферментативных реакций, или супрессорами – продуктами ферментативных реакций, которые регулируют транскрипцию по типу прямой активации, индукции или обратной связи (ингибирование, репрессия). (слайд 13).

В 1972 году Георгиев Г.П. предложил схему функционирования оперона у эукариот (слайд 12). Каждый оперон состоит из двух зон: информативной и неинформативной (акцепторной зоны).

Информативная зона образована структурными генами. Особенности этой зоны у эукариот:

а) один структурный ген может повторяться в опероне многократно;

б) структурные гены, ответственные за разные звенья одной цепи биохимических реакций могут находится не в одной, а в разных частях генома, т.е. рассеянными по всему геному.

Неинформативная зона имеет 2 части: проксимальную (акцепторную) – представленную несколькими последовательно расположенными генами – промоторами, генами операторами; и дистальную (регуляционную) – представленную генами – регуляторами, рассеянными в различных местах генома.

Особенности регуляции активности структурных генов у эукариот:

1) подавление геном - регулятором активности структурных генов через белки репрессоры.

2) механизм группового подавления активности структурных генов в целой хромосоме или на большом ее протяжении белками гистонами, находящимися в хромосомах.

Но в настоящее время не все особенности взаимодействия генов в опероне эукариот изучены, так как:

1) Есть обособленное ядерной оболочкой ядро, т.е. обособлен генетический аппарат клетки.

2) Сложное строение хромосомы эукариот.

3) Высокая дифференцировка многих клеток, следовательно не реализуется весь геном полностью.

4) Большое влияние гормонов.

Основные положения теории гена.

1. Ген занимает в хромосоме определенный участок – локус.

2. Ген (цистрон) часть молекулы ДНК, имеющаяся определенную последовательность нуклеотидов, представляющую собой функциональную единицу наследственной информации. Число нуклеотидов, входящих в состав различных генов неодинаково.

3. Внутри гена могут происходить мутации - к ним способны участки гена – мутоны и рекомбинации - к ним способны частицы гена – реконы.

4. Существуют структурные и функциональные гены.

5. Структурные гены кодируют синтез белка, но непосредственного участия в сборке белковой цепи не принимают (ДНК - матрица для молекул и-РНК).

6. Функциональные гены контролируют и направляют деятельность структурных генов.

7. Расположение триплетов нуклеотидов в структурных генах коллинеарно последовательности аминокислот в полипептидной цепи, кодируемой данным геном.

8. Молекулы ДНК, входящие в состав гена способны к репарации, поэтому не всякое повреждение гена ведёт к мутациям.

9. Генотип дискретен (состоит из отдельных генов), но функционирует как единое целое. На функционирование генов оказывают влияние факторы внутренней и внешней среды.

Генная инженерия:

Генная инженерия – область молекулярной генетики, перед которой поставлена задача: конструирование новых генетических структур по заранее намеченному плану.

Методы генной инженерии разработаны в 60-70 годы и включают 3 этапа:

1) получение генетического материала.

2) создание рекомбинантных фрагментов ДНК, включение полученных генов в ДНК.

3) введение рекомбинантной ДНК в генотип клетки реципиента с помощью фагов и плазмид.

Разработаны:

1) принципы экспериментального переноса генов из одного генома в другой – трансгенез.

2) способы получения генов:

а) химический – в 1970году индийский генетик Корана получил структурный ген

б)ферментативный (по принципу обратной трансрипции и - РНК →ДНК→ и - РНК →белок). Синтезированы гены глобина, митохондрий

В настоящие время достижения генной инженерии используются в реконструировании микроорганизмов для получения:

а) антибиотиков, витаминов

б) антител

в) имунномодуляторов (гормонов пептидной природы - инсулин, гормон роста).

г) кормовых продуктов

д) пищевых продуктов

Дата добавления: 2013-12-12