B/035: R.O.Becker, G.Selden - Elektropolis. Elektromagnetyzm i podstawy życia








Wstecz / Spis
Treści / Dalej

Rozdział dziesiąty
Serce Łazarza
Naukowcy czasami natrafiają na nowe kontynenty podobnie jak Kolumb, choć poszukiwał on przecież jedynie krótszej drogi handlowej. Podobny szczęśliwy traf losu stał się udziałem naszej grupy badawczej w 1973 roku.
Kiedy już wiedzieliśmy, w jaki sposób można powodować odróżnicowywanie się czerwonych ciałek krwi żaby i zainicjować regenerację kończyny szczura, powróciliśmy do badań podstawowych. W nadziei, że uda nam się uzyskać jakieś wskazówki, jak można by powodować lepsze odrastanie części ciała u ssaków, postanowiliśmy przebadać obdarzone jądrami czerwone krwinki u przedstawicieli różnych gatunków zwierząt. Choć erytrocyty krążące w krwi zwierząt tej grupy taksonomicznej nie posiadają jąder, to jednak młode, tworzące się w szpiku kostnym erytrocyty posiadają jądra. Te wyposażone w jądra, niedojrzałe jeszcze erytrocyty pojawiają się w krwi obwodowej wtedy, gdy nastąpi duże wykrwawienie, w związku z czym szpik kostny wprowadza je do obiegu, aby skompensować zaistniały ubytek krwi. Przebadaliśmy oddziaływanie prądu stałego na czerwone krwinki ryb, płazów, gadów i ptaków. Każdy z tych typów komórek odpowiadał w sposób charakterystyczny dla swego gatunku. Postanowiliśmy dokładnie przyjrzeć się temu zjawisku w największych dostępnych dotąd
i dlatego najczęściej badanych
czerwonych krwinkach, występujących u naszego starego przyjaciela Triturus viridiscens
pospolitej traszki zielonej.
Traszka jest tak mała, że nie można po prostu wbić igły do jednej z jej żył i pobrać próbki krwi. Jedynym możliwym praktycznie sposobem uzyskania czystej krwi jest znieczulenie zwierzęcia, rozcięcie jego klatki piersiowej, przepołowienie serca, pobranie krwi przy pomocy pipety i wyrzucenie po tym martwego zwierzęcia.
Jak przyjęło się mówić, �zbieraliśmy" przy użyciu tej metody co tydzień krew z trzech traszek. Pewnego dnia, już po skończeniu pracy, Sharon Chapin zapytała mnie:

Co by się stało, gdybym pozszywała te zwierzęta?

Odpowiedziałem, że niezależnie od tego, czy zostaną one zszyte, czy nie, i tak zdechną one w ciągu paru minut, gdyż ich mózg, wskutek uszkodzenia serca, w tym czasie nie będzie zaopatrywany w tlen; podzielą one los innych naszych płazich dawców krwi. Stwierdziliśmy zresztą, że tak naprawdę się dzieje. Wszystkie podstawowe prace dotyczące regeneracji były zgodne co do tego, że serce żadnego zwierzęcia, w przypadku wystąpienia poważniejszych jego uszkodzeń, nie jest zdolne do samonaprawy. W odróżnieniu od mięśni prążkowanych, w mięśniu sercowym nie występują komórki towarzyszące, które mogłyby odegrać rolę prekursora w stosunku do dojrzałych komórek mięśnia sercowego. W każdym razie wszystkie podręczniki stwierdzały, że zanim taka naprawa mogłaby nastąpić, zwierzę i tak już od dawna byłoby martwe.
W następnym tygodniu Sharon wpuściła do miski z wodą trzy traszki, które miały odegrać rolę �zwierząt ofiarnych", i zupełnie poważnie zapytała mnie, czy wyglądają one na wystarczająco zdrowe, by można było użyć ich do doświadczeń. Odpowiedziałem, że prezentują się wyśmienicie. Wtedy ona wykrzyknęła:

Doskonale! To są przecież te same trytony, które już wykorzystaliśmy w poprzednim tygodniu!

Jeden zero dla otwartej głowy!
Oszołomiony tym oświadczeniem pomagałem w znieczulaniu i rozcinaniu tego cudownego tercetu. Ich serca były całkowicie normalne, nic nie świadczyło o tym, że kiedykolwiek i w jakikolwiek sposób były uszkodzone.
Pięcioalarmowa blastema
Szybko zmieniłem plany moich badań. Poprosiłem Sharon o poddanie grupy trytonów próbie, polegającej na odcinaniu dużych fragmentów ich serc, zszywaniu ich klatek piersiowych i zabijaniu w następnych dniach zwierząt, które przeżyły takie potraktowanie. Serca tych zwierząt cięliśmy na skrawki, umieszczaliśmy je na szkiełkach podstawowych i odpowiednio barwili w celu dokonania obserwacji mikroskopowych. Pierwszą operację przeżywało ponad 90% zwierząt i po kilku tygodniach dysponowaliśmy już setkami preparatów gotowych do przejrzenia i postawienia diagnozy. Niestety, wszystkie wyglądały podobnie! Nawet preparaty pochodzące z serc straszliwie jeszcze okaleczonych poprzedniego dnia wykazywały występowanie normalnej, nie uszkodzonej tkanki.
Natrafiliśmy na ekstratajemnicę i po to, aby zachować właściwą wobec niej postawę, należało zawiesić nasze uprzednie przekonania. Sądziliśmy, że stwierdzając ponowne rozpoczęcie krążenia krwi, stwierdzamy jednocześnie fakt zakończenia regeneracji. Mogliśmy bowiem bardzo łatwo, posługując się mikroskopem, obserwować przepływ krwi w przezroczystych płetwach ogonowych zwierząt, które były lekko znieczulone. Ruch krwi ustawał w chwili przecięcia serca, lecz jego wznowienie następowało w cztery godziny później. Sporządzaliśmy więc preparaty, które umożliwiały nam obserwację zmian morfologii mięśnia sercowego, zachodzących w czasie pierwszych sześciu godzin po ingerencji. Bezpośrednio po uszkodzeniu serca pobieraliśmy skrawki w odstępach co kwadrans, w późniejszej fazie okres pobierania skrawków zwiększając do godziny.
Trzeba było czekać na preparaty, zaczęliśmy więc szukać w literaturze doniesień o regeneracji serca. Udało się nam dotrzeć do komunikatów o bardzo ograniczonej naprawie
lecz nie o prawdziwej regeneracji
niewielkich ran serca u nielicznych gatunków zwierząt. Wydawało się, że występowanie tego zjawiska dotyczy wyłącznie zwierząt młodych. Ale nawet w przypadku takich zwierząt wyniki były dość niskiej jakości: większość rany pokrywała się tkanką bliznowatą. Takiemu gojeniu towarzyszył podział niewielkiej liczby komórek sąsiadujących z miejscem zranienia. Okazywało się przy tym, że dzięki oddziaływaniu różnymi czynnikami można podwyższać proporcje komórek powstających w drodze mitozy.
W 1971 roku John O. oraz Jean C. Oberprillerowie, którzy byli anatomami w University of North Dakota School of Medicine w Grand Forks, opisali podobne gojenie się małych zranień serca salamandry, zachodzące w ciągu dwóch miesięcy. W rok później opublikowano angielskie tłumaczenie książki Poleżajewa, która zawiera podsumowanie kilku dekad radzieckich badań w tej dziedzinie, prowadzonych jednak głównie na sercach żab i jaszczurek. Paweł Rumiancew, obecnie pracujący w Leningradzkim Instytucie Cytologii Radzieckiej Akademii Nauk, stwierdził w 1954 roku, że u młodych ssaków (kotów i szczurów) może zachodzić gojenie się malutkich ran kłutych. Ostatnio wykazał on, że podobną zdolność posiadają przedsionki serca dorosłych szczurów. Udało się nam nawet natrafić na niemieckie doniesienie z 19J4 roku, którego autor utrzymywał, iż u małych dzieci następuje czasem regeneracja niewielkich obszarów serca, uszkodzonych w wyniku błonicy.
Rosjanie utrzymywali, że udało się im uzyskać pewne poszerzenie zakresu tego gojenia. W późnych latach pięćdziesiątych N.P. Sinicyn spowodował wygojenie dużych dziur (o powierzchni do 16 centymetrów kwadratowych) w sercach-szczurów, dzięki pokrywaniu ran łatami złożonymi z osłonek mięśniowych, płótna, zamszu czy też innych materiałów. Tkanka bliznowata w dalszym ciągu pokrywała zewnętrzną część rany, jednak wzdłuż powierzchni łaty następowało tworzenie się nowych włókien mięśniowych. Poleżajew stwierdził później, że dzięki wycięciu tkanki bliznowatej i drażnieniu brzegów otaczającego ranę mięśnia sercowego można spowodować wypełnienie się części rany komórkami mięśnia sercowego. Innym badaczom radzieckim udało się w niewielkim stopniu zwiększyć zakres podziałów komórek mięśniowych dzięki zastosowaniu witamin B1, B6, B12, rozmaitych leków, dodawania DNA i RNA, wreszcie przez aplikowanie ekstraktów lub drobno posiekanego mięśnia sercowego.
Pomimo tak zachęcających wyników, wiadomości na temat odtwarzania się mięśnia sercowego odnosiły się jednak tylko do niewielkich zranień i do strefy ograniczającej większe rany, a prócz tego proces ten trwał kilka tygodni. Nikomu nawet nie przyszło na myśl, że jedna połowa serca może odtworzyć drugą jego część, tym bardziej że miałoby to zachodzić zaledwie w ciągu kilku godzin. Nie mogłem się doczekać, kiedy prześlą mi do analizy następną partię preparatów.
Kiedy je dostarczono, stwierdziliśmy, iż mamy do czynienia z nie spotykanym typem regeneracji. Tam, gdzie znajdowały się odcięte części serca, w ciągu dwu i pół godziny tworzyła się blastema. Nie stwierdziliśmy żadnych objawów zachodzenia mitoz czy też odróżnicowania w pozostałych komórkach mięśnia sercowego; zresztą naprawdę nie wydawało się to możliwe w przypadku badanego przez nas procesu, by w ciągu tak krótkiego czasu nastąpiło utworzenie się blastemy. A jednak rzeczywiście następował gwałtowny przyrost masy prymitywnych komórek, które wykształcały się z krwi.
Skoro tylko nastąpi rozcięcie serca salamandry, krew nagromadza się w okolicy rany i szybko zazwyczaj w ciągu minuty
następuje formowanie się skrzepu. Powstaje coś, co jest podobne do wilgotnego plastra, który zakleja ranę. Znajdujące się w pobliżu czerwone krwinki niemal natychmiast pękają jak jajka i otwierają się. Ich jądra otoczone cieniutką powłoczką cytoplazmy suną, dzięki działaniu jakiegoś nie znanego dotąd czynnika, bezpośrednio do odsłoniętego i postrzępionego brzegu mięśnia sercowego i wnikają w gmatwaninę zamierających i uszkodzonych komórek. Na biologu widok ten sprawia wrażenie nadzwyczajnej dziwności i tajemniczości. Wygląda to tak, jakby silnik właśnie przejeżdżającego samochodu przedostał się pod maskę zdezelowanej ciężarówki, dzięki czemu może ona wkrótce samodzielnie odjechać.


W dalszej odległości od powierzchni rany także zachodzi wyzwalanie jąder komórkowych, przy czym te �żółtka" komórkowe skupiają się i następuje zlewanie się ze sobą związanych z nimi resztek cytoplazmy, w wyniku czego powstaje
zespólnia komórkowa. Jeszcze dalej od centrum akcji, ale już w powolniejszym tempie, zachodzi takie odróżnicowywanie komórek, jakie obserwowaliśmy podczas badań nad złamaniami u żab i nad stymulowaniem prądem stałym komórek w hodowlach. Zamieniają się one w prymitywne komórki ameboidalne, które wędrują do obszaru uszkodzenia, a tam, za pośrednictwem pseudonóżek, przytwierdzają się do uszkodzonych włókien mięśniowych. W całej biologii nie ma precedensu dla tak wirtuozyjnego przebiegu metamorfoz komórkowych. Są one faktycznie czymś tak dziwnym, że większość badaczy po prostu odmawiała uwierzenia w to, iż rzeczywiście one zachodzą, ani też nie podejmowali samodzielnych badań nad tym zjawiskiem.
W ciągu pierwszych piętnastu minut wszystkie te zmiany są już w poważnym stopniu zaawansowane. Wkrótce, najszybciej jak to jest możliwe, następują podziały jąder, jakie zostały wydzielone z komórek (połączonych teraz ze sobą w zespólnię komórkową) oraz. komórek ameboidalnych, w wyniku czego powstaje blastema. Jest ona całkowicie ukształtowana już w trzy godziny po odcięciu fragmentu serca. Już wtedy jej komórki zaczynają ponownie różnicować się w nowe komórki mięśnia sercowego, syntetyzując charakterystyczne dla nich uporządkowane skupienia włókien kurczliwych oraz łącząc je z tkanką, która nie uległa uszkodzeniu. Jeśli zdarzyło się, że w zakrzepie było więcej komórek niż potrzeba, wtedy ich nadwyżka występująca poza bezpośrednim obszarem regeneracji zamierała. Działo się tak widocznie po to, by nie dopuścić do zakłócenia trwającego dzieła regeneracji.
Zanim odtworzenie utraconej części mięśnia sercowego przybierze odpowiedni rozmiar, traszka może utrzymać się przy życiu dzięki, odbywającemu się za pośrednictwem skóry, pochłanianiu tlenu rozpuszczonego w wodzie. Kiedy
w mniej więcej czwartej godzinie
jest już wystarczająco wiele nowych komórek mięśniowych, które mogą brać udział w skurczach, serce wolno zaczyna wznawiać pompowanie krwi. Po pięciu lub sześciu godzinach większość komórek blastemy przechodzi ponowne zróżnicowanie w mięsień, który w dalszym ciągu jest jeszcze �delikatny jak koronka" w porównaniu z normalną tkanką. Jednakże po upływie ośmiu do dziesięciu godzin serce już naprawdę normalnie funkcjonuje i normalnie wygląda, a po upływie jeszcze jednego dnia nie można go odróżnić od serca, które wcale nie uległo uszkodzeniu.
Dlaczego udało się nam zaobserwować tę manifestację zjawiska regeneracji zachodzącego na tak kolosalną skalę, podczas gdy Oberpillerowie dostrzegli jedynie malutkie i powolne gojenie się serca salamandry? Widocznie w naszym przypadku ujawniła się zasada Poleżajewa. Otóż my spowodowaliśmy wielkie zranienie, oni bardzo małe. Jak się więc okazało, jedynie wielkie uszkodzenie komórek okazało się zdolne do wyzwolenia pełnego potencjału, który jest w nich uśpiony.
Czy ten fantastyczny potencjał komórek jest ograniczony na zawsze jedynie do salamander, czy też drzemie on ukryty również w komórkach naszego ciała i jest gotowy do ujawnienia się po zadziałaniu odpowiedniego bodźca inicjującego naprawę? Usuwałoby to w cień, wiążące się z najprzeróżniejszymi trudnościami (i przerażająco kosztowne), przeszczepy serc i przyłączanie sztucznych pomp. Nie znamy odpowiedzi na to pytanie, ale też nie stwierdziliśmy istnienia żadnego innego procesu regeneracyjnego, który dla ssaków miałby na zawsze pozostać nieosiągalny. W tym miejscu możemy tylko pozwolić sobie na spekulacje, jak można by urzeczywistnić taką terapię. Możemy teraz przynajmniej powiedzieć, że pomysł ten nie należy już wyłącznie do sfery fantazji.
Pierwszym zadaniem na tej drodze jest zidentyfikowanie komórek, które byłyby zdolne do odróżnicowania się w komórki totipotencjalne. Populacją komórek, która jest najbardziej oczywistym kandydatem do spełnienia tej roli, są komórki szpiku kostnego (odgrywające kluczową rolę w gojeniu wewnętrznej części złamanej kości) lub niedojrzałe erytrocyty, które są najbliższym odpowiednikiem ujądrzonych komórek szpiku kostnego płazów. Można by w tym celu posłużyć się też fibroblastami, które przy pomocy elektrycznie wstrzykniętych jonów srebra można zmuszać do odróżnicowania się. Inna możliwość to wykorzystanie limfocytów, jednego z typów białych ciałek krwi, które biorą udział w zwalczaniu infekcji. W naszym laboratorium udało nam się wykazać, że wskutek oddziaływania na nie odpowiednimi bodźcami elektrycznymi można powodować ich odróżnicowanie.
Ze względu na to, że u ssaków normalnie nie występuje regeneracja mięśnia sercowego takiego typu, jak u traszek, prawdopodobnie będziemy zmuszeni do uzyskiwania z kultur komórkowych dużych ilości potrzebnych komórek. Następnie pacjentowi podłączonemu do aparatury płuco-serca chirurg będzie mógł wyciąć tkankę bliznowatą lub też odświeżyć ranę (jeśli nie jest świeża) i miejsce zranienia wypełnić odpowiednio dużą porcją, już uprzednio przygotowanych, komórek preblastematycznych. Skrzep krwi, zaszyte osierdzie lub jakiś typ łaty chirurgicznej mogłyby zapewniać utrzymywanie się tych komórek w pożądanym miejscu. W następnej kolejności
założywszy, że już dostatecznie dobrze poznamy wymagane parametry elektryczne
wskutek oddziaływania elektrod następowałoby wydzielanie jąder komórkowych, odróżnicowanie, konsolidacja z otaczającym mięśniem i wreszcie końcowe przekształcenie w normalną tkankę mięśniową serca. Parametry prądu musiałyby prawdopodobnie być dobrane w taki sposób, by był on zsynchronizowany z poszczególnymi etapami procesu odtwarzania tkanki; możliwe by było także stosowanie różnych środków farmakologicznych i witamin w celu zwiększenia tempa mitoz i syntezy białek. W sytuacji, kiedy by nastąpiło usunięcie tkanki bliznowatej, otaczająca ranę zdrowa tkanka mięśnia sercowego dostarczałaby odpowiednich instrukcji.
U salamandry proces ten trwa około sześciu godzin. Ponieważ przekracza to obecny �czas maszynowy", wyznaczający granicę dla sztucznego podtrzymywania krążenia u człowieka, musielibyśmy więc albo poprawić wydajność sztucznego płuco-serca, albo przyspieszyć omawiane tu procesy komórkowe. Oczywiście, musi upłynąć wiele jeszcze czasu i trzeba będzie przeprowadzić wiele eksperymentów, zanim bardziej szczegółowo będzie można mówić o tym sposobie leczenia. Jedną z rzeczy, którą musimy jeszcze poznać, jest to, czy charakterystyczna aktywność elektryczna serca zanika na czas regeneracji. Musimy też wiedzieć, jakie powiązania zachodzą pomiędzy tą aktywnością lub jej brakiem a prądem uszkodzeniowym i innymi czynnikami elektrycznymi, które odgrywałyby istotną rolę w tej nowej metodzie tworzenia blastemy.


Osobiście jestem przekonany, że uda nam się nakłonić ludzkie serce do samonaprawy. W rezultacie konfrontacji z tym dziwem, jaki stanowi regeneracja serca u traszki, doszedłem do przekonania, że potencjalny repertuar żywych komórek jest absolutnie kolosalny, dużo większy, niż zdolności do gojenia manifestujące się normalnie u większości zwierząt, a nawet przewyższający to, o czym marzą lekarze. Nawet u traszek ta �superregeneracja" nie występuje, dopóki nie dojdzie do utraty od 30 do 50% mięśnia sercowego. Coś, co ma związek z olbrzymim zakresem uszkodzenia czy też zbliżaniem się śmierci, powoduje, że proces regeneracji ratuje organizm przed katastrofą.
Chętnie przyznaję, że opis tego odkrycia ma odrobinę posmaku science fiction, nawet jeśli zostało ono przedstawione w stonowanej, technicznej prozie naszego doniesienia, które zostało opublikowane w 1974 roku przez czasopismo �Naturę". Na samym początku mnie samemu trudno było w to uwierzyć. Ponieważ wszystko to wydawało się tak niewiarygodne, nikt nie pośpieszył z badaniami, mającymi na celu potwierdzenie i poszerzenie naszego odkrycia. Nawet dzisiaj, pomimo że nasze obserwacje zostały potwierdzone w 1978 roku przez Bruce'a Carlsona, anatoma pracującego w University of Michigan, i w 1979 roku przez Phila Persona
który wykonał także elektronowo-mikroskopowe fotografie zmian komórek
większość biologów w dalszym ciągu nie przyjmuje do wiadomości faktu odtwarzania się serca. Ponieważ rzeczywistość tak bardzo dziwnie się przedstawiała, Carlson nie opublikował swoich wyników, zaś Personowi nie udało się opublikować artykułu opisującego te obserwacje w żadnym z czasopism, gdzie artykuły poddawane są ocenie recenzentów. Nasz artykuł sprzed ponad dziesięciu lat w dalszym ciągu nie doczekał się oficjalnego potwierdzenia, a inni badacze marnują czas na zajmowanie się małymi zranieniami. Takie nastawienie musi ulec zmianie. Znajomość czynników, które sterują tymi procesami, będzie miała nieocenioną wartość dla medycyny, gdyż zapewniają one idealne gojenie. Krew, która wypłynęła z rany wewnątrz ciała, zamykają, a później w ciągu kilku godzin odtwarza brakujący fragment. Nie można dysponować czymś bardziej wydajnym niż ten proces.