Ilmuwan Laboratorium Biologi MDI Memajukan Prospek Regenerasi pada Manusia – Majalah Time.com

Dalam studi mani 2013, ilmuwan Laboratorium Biologi MDI James Godwin, Ph.D., menemukan bahwa jenis sel darah putih yang disebut makrofag sangat penting untuk regenerasi anggota tubuh di axolotl, salamander Meksiko yang merupakan juara alami regenerasi.

Tanpa makrofag, yang merupakan bagian dari sistem kekebalan, regenerasi tidak terjadi. Alih-alih meregenerasi anggota tubuh, axolotl membentuk bekas luka di lokasi cedera, yang bertindak sebagai penghalang regenerasi, seperti yang terjadi pada mamalia seperti tikus atau manusia. Dalam hal kemampuan regenerasi, Godwin telah mengubah salamander menjadi mamalia. Di sebuah studi lanjutan 2017, ia menemukan hal yang sama terjadi pada jaringan jantung.

Sekarang, dalam sebuah penelitian yang didasarkan pada penelitian sebelumnya, Godwin telah mengidentifikasi asal mula makrofag pro-regeneratif di axolotl sebagai hati. Dengan menyediakan tempat bagi ilmu pengetahuan untuk mencari makrofag pro-regeneratif pada manusia – hati, daripada sumsum tulang, yang merupakan sumber sebagian besar makrofag manusia – temuan ini membuka jalan bagi terapi obat regeneratif pada manusia.

Meskipun prospek menumbuhkan kembali anggota tubuh manusia mungkin tidak realistis dalam jangka pendek karena kompleksitasnya, terapi obat regeneratif berpotensi digunakan dalam jangka pendek dalam pengobatan banyak penyakit di mana jaringan parut memainkan peran patologis, termasuk jantung, paru-paru. dan penyakit ginjal, serta dalam pengobatan jaringan parut itu sendiri – misalnya, dalam kasus korban luka bakar.

“Dalam penelitian kami sebelumnya, kami menemukan bahwa penyembuhan tanpa bekas luka bergantung pada satu jenis sel, yaitu makrofag,” kata Godwin. “Temuan ini berarti kita memiliki jalan masuk. Jika axolotl dapat beregenerasi dengan memiliki satu jenis sel sebagai pelindung mereka, maka mungkin kita dapat mencapai penyembuhan bebas bekas luka pada manusia dengan mengisi tubuh kita dengan jenis sel pelindung yang setara, yang akan membuka kesempatan untuk regenerasi.”

Makalah tentang penelitian Godwin yang berjudul “Identifikasi Hati Hematopoietik Dewasa Sebagai Reservoir Utama untuk Rekrutmen Makrofag Pro-regeneratif yang Diperlukan untuk Regenerasi Anggota Badan Salamander,” baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Frontiers in Cell and Developmental Biology.

Selain di Laboratorium Biologi MDI, penelitian dilakukan di Institut Kedokteran Regeneratif Australia (ARMI), yang sebelumnya dikaitkan dengan Godwin, dan Laboratorium Jackson (JAX) di Bar Harbor, Maine, di mana ia memegang janji bersama. Laboratorium Biologi MDI dan ARMI memiliki perjanjian kemitraan untuk mempromosikan penelitian dan pendidikan tentang regenerasi dan pengembangan terapi baru untuk meningkatkan kesehatan manusia.

Peran perbaikan bebas bekas luka

Jika proses regenerasi di lokasi cedera dapat dibandingkan dengan pesta – analogi yang sering digunakan Godwin – penelitiannya telah mengungkapkan kategori tamu yang hadir dan, sekarang, dari mana tamu itu berasal dan bagaimana dan kapan mereka sampai di sana. Langkah selanjutnya adalah menentukan identitas spesifik mereka, atau seperti yang dia katakan, “rasa” makrofag yang diperlukan untuk regenerasi, dan bagaimana mereka berinteraksi dengan tamu lain.

Penelitian itu akan berkisar pada studi tentang jaringan parut, atau fibros, yang pada mamalia dewasa menghambat regenerasi melalui efeknya pada fungsi dan integritas jaringan.

Meskipun masih harus dilihat apakah mencapai penyembuhan bebas bekas luka pada mamalia akan memungkinkan regenerasi berlangsung – proses lain mungkin juga terlibat – Godwin percaya bahwa hal itu mungkin terjadi. Karena mamalia sudah memiliki mesin untuk regenerasi – tikus muda bisa beregenerasi, seperti yang bisa bayi baru lahir manusia – regenerasi mamalia mungkin hanya masalah menghilangkan penghalang yang ditimbulkan oleh jaringan parut.

“Pada axolotl, makrofag bertindak sebagai rem pada fibrosis, atau jaringan parut,” katanya. “Manusia mungkin memiliki makrofag yang berusaha sekuat tenaga untuk memperbaiki kerusakan, tetapi ditahan. Jika kita dapat merekayasa makrofag manusia untuk mempromosikan penyembuhan tanpa bekas luka, kita mungkin dapat mencapai peningkatan besar dalam perbaikan hanya dengan sedikit penyesuaian. Bukankah akan luar biasa jika kita tidak perlu melakukan hal lain selain itu?”

Dalam wawasan yang menarik tentang rute potensial untuk regenerasi rekayasa pada mamalia dewasa, Godwin mencatat bahwa sumber utama makrofag di lokasi luka pada tikus yang sedang berkembang adalah hati, sama seperti penelitian terbarunya menemukan itu di axolotl; tikus kehilangan kemampuannya untuk beregenerasi ketika sumber makrofag berpindah ke sumsum tulang segera setelah lahir, seperti yang juga terjadi pada manusia.

Pengembangan toolkit baru

Meskipun penelitian terbaru Godwin berfokus pada asal usul makrofag pro-regeneratif, kontribusinya yang paling signifikan mungkin adalah pengembangan perangkat untuk membuat profil dan menyortir sel kekebalan. Sementara axolotl adalah model yang kuat dalam penelitian biologi regeneratif, penelitian itu terhambat oleh kurangnya alat untuk menilai beragam peran sel kekebalan yang penting untuk proses regeneratif.

Godwin yang merupakan seorang ahli imunologi, awalnya memilih untuk meneliti fungsi sistem imun dalam regenerasi karena perannya dalam mempersiapkan luka untuk perbaikan. Menggunakan toolkit baru, dia sekarang berencana untuk secara sistematis mengubah gen axolotl untuk menilai fungsi makrofag, dimulai dengan interaksi antara makrofag dan fibroblas, sejenis sel jaringan ikat yang bertanggung jawab untuk mengarahkan perbaikan luka.

“Kami ingin mengetahui apa istimewanya interaksi antara makrofag dan fibroblas dalam regenerasi axolotl,” katanya. “Kami memiliki kemewahan dalam hal salamander untuk dapat mengetahui fungsi makrofag mana yang penting untuk penekanan dan regenerasi bekas luka, gen demi gen jika kami harus melakukannya. Jika kita bisa mengetahui apa itu, maka mungkin kita bisa membuat interaksi itu terjadi pada mamalia.”

Setelah dia membuat profil fungsi makrofag axolotl di lokasi cedera, tujuan Godwin kemudian adalah menggunakan model tikus untuk mengeluarkan makrofag pro-regeneratif yang sulit dipahami dari sistem mamalia atau merekayasa makrofag mamalia menjadi lebih axolotl. Karyanya dalam model tikus didukung oleh pengangkatannya di The Jackson Laboratory, yang berfokus pada biologi dan genetika tikus.

“Dalam menjelaskan perbedaan antara makrofag pada axolotl dan tikus, James membawa tradisi biologi komparatif yang telah menjadi fokus penelitian di Laboratorium Biologi MDI selama lebih dari 120 tahun,” kata Presiden Hermann Haller, MD “Penemuannya menunjukkan bahwa pendekatan kami untuk mendapatkan wawasan tentang kesehatan manusia dari studi komparatif model hewan sama kuatnya dengan sebelumnya.”

Penelitian Godwin didukung oleh dana dari Institut Nasional Ilmu Kedokteran Umum (NIGMS)dari Institut Kesehatan Nasional (NIH) dengan nomor hibah P20GM0103423 dan P20GM104318 kepada Laboratorium Biologi MDI, dengan dukungan kelembagaan JAX dan hibah kepada ARMI dari Pemerintah Negara Bagian Victoria dan pemerintah Australia.

Penelitian oleh James Godwin, Ph.D. Mengidentifikasi Elemen Kunci Sukses Regeneratif

Sumber: Laboratorium Biologi MDI