Em formação

13.1: Desenvolvimento e regeneração do tecido muscular - Biologia


Objetivos de aprendizado

  • Descreva a função das células satélites
  • Definir fibrose
  • Explique qual músculo tem a maior capacidade de regeneração

A maior parte do tecido muscular do corpo origina-se do mesoderma embrionário. As células mesodérmicas paraxiais adjacentes ao tubo neural formam blocos de células chamados somitos. UMA mioblasto é uma célula-tronco formadora de músculo que migra para diferentes regiões do corpo e depois se funde para formar um sincício, ou myotube. No entanto, as células cardíacas e do músculo liso não são multinucleadas porque os mioblastos que formam suas células não se fundem.

As junções de lacuna se desenvolvem no músculo cardíaco e no músculo liso de uma unidade nos estágios iniciais de desenvolvimento. Nos músculos esqueléticos, os receptores ACh estão inicialmente presentes ao longo da maior parte da superfície dos mioblastos, mas a inervação do nervo espinhal causa a liberação de fatores de crescimento que estimulam a formação de placas terminais motoras e NMJs. À medida que os neurônios se tornam ativos, os sinais elétricos que são enviados através do músculo influenciam a distribuição das fibras lentas e rápidas no músculo.

Embora o número de células musculares seja definido durante o desenvolvimento, as células satélite ajudam a reparar as células do músculo esquelético. UMA célula de satélite é semelhante a um mioblasto porque é um tipo de célula-tronco; entretanto, as células satélites são incorporadas às células musculares e facilitam a síntese protéica necessária para o reparo e o crescimento. Essas células estão localizadas fora do sarcolema e são estimuladas a crescer e se fundir com as células musculares por fatores de crescimento que são liberados pelas fibras musculares sob certas formas de estresse. As células satélites podem regenerar as fibras musculares em uma extensão muito limitada, mas ajudam principalmente a reparar os danos nas células vivas. Se uma célula é danificada em maior extensão do que pode ser reparada por células satélites, as fibras musculares são substituídas por tecido cicatricial em um processo denominado fibrose. Como o tecido cicatricial não pode se contrair, o músculo que sofreu danos significativos perde força e não pode produzir a mesma quantidade de força ou resistência que poderia antes de ser danificado.

O tecido muscular liso pode se regenerar a partir de um tipo de célula-tronco chamada pericito, que é encontrado em alguns pequenos vasos sanguíneos. Os pericitos permitem que as células musculares lisas se regenerem e se reparem muito mais rapidamente do que o tecido do músculo esquelético e cardíaco. Semelhante ao tecido do músculo esquelético, o músculo cardíaco não se regenera em grande extensão. O tecido muscular cardíaco morto é substituído por tecido cicatricial, que não pode se contrair. À medida que o tecido cicatricial se acumula, o coração perde a capacidade de bombear devido à perda da força contrátil. No entanto, algumas pequenas regenerações podem ocorrer devido às células-tronco encontradas no sangue que ocasionalmente entram no tecido cardíaco.

Conexões de carreira: fisioterapeuta

À medida que as células musculares morrem, elas não são regeneradas, mas, em vez disso, são substituídas por tecido conjuntivo e tecido adiposo, que não possuem as habilidades contráteis do tecido muscular. Os músculos atrofiam quando não são usados ​​e, com o tempo, se a atrofia for prolongada, as células musculares morrem. Portanto, é importante que aqueles que são suscetíveis à atrofia muscular se exercitem para manter a função muscular e prevenir a perda completa de tecido muscular. Em casos extremos, quando o movimento não é possível, a estimulação elétrica pode ser introduzida em um músculo de uma fonte externa. Este atua como um substituto para a estimulação neural endógena, estimulando a contração do músculo e evitando a perda de proteínas que ocorre com a falta de uso.

Os fisioterapeutas trabalham com os pacientes para manter os músculos. Eles são treinados para atingir os músculos suscetíveis à atrofia e para prescrever e monitorar exercícios destinados a estimular esses músculos. Existem várias causas de atrofia, incluindo lesão mecânica, doença e idade. Depois de quebrar um membro ou passar por uma cirurgia, o uso dos músculos é prejudicado e pode levar à atrofia por desuso. Se os músculos não forem exercitados, essa atrofia pode levar à fraqueza muscular a longo prazo. Um derrame também pode causar danos musculares ao interromper a estimulação neural de certos músculos. Sem entradas neurais, esses músculos não se contraem e, portanto, começam a perder proteínas estruturais. O exercício desses músculos pode ajudar a restaurar a função muscular e minimizar as deficiências funcionais. A perda muscular relacionada à idade também é um alvo da fisioterapia, pois os exercícios podem reduzir os efeitos da atrofia relacionada à idade e melhorar a função muscular.

O objetivo de um fisioterapeuta é melhorar o funcionamento físico e reduzir as deficiências funcionais; isso é obtido por meio da compreensão da causa do comprometimento muscular e da avaliação das capacidades de um paciente, após o que um programa para aprimorar essas capacidades é elaborado. Alguns fatores avaliados incluem força, equilíbrio e resistência, que são monitorados continuamente à medida que os exercícios são introduzidos para monitorar as melhorias na função muscular. Os fisioterapeutas também podem orientar os pacientes sobre o uso adequado de equipamentos, como muletas, e avaliar se alguém tem força suficiente para usar o equipamento e quando pode funcionar sem ele.


13.1: Desenvolvimento e regeneração do tecido muscular - Biologia

A miogênese é a formação de tecido muscular durante o desenvolvimento embrionário a partir de células-tronco no mesoderma.

Objetivos de aprendizado

Descreva o processo de miogênese, a formação do tecido muscular

Principais vantagens

Pontos chave

  • As células-tronco embrionárias humanas são pluripotentes, o que significa que se diferenciam em todos os tipos de células, incluindo células musculares.
  • O tecido muscular é formado na camada mesoderme do embrião em resposta aos sinais do fator de crescimento de fibroblastos, fator de resposta sérica e cálcio.
  • Na presença do fator de crescimento de fibroblastos, os mioblastos se fundem em mitotubos multi-nucleados, que formam a base do tecido muscular.
  • Os mioblastos não utilizados se desdiferenciam em células miosatélites, que permanecem na fibra muscular até serem necessárias para se diferenciar em novas células musculares quando um músculo é danificado ou estressado.
  • Os miócitos são células ou fibras musculares tubulares que se desenvolvem a partir dos mioblastos.
  • Os miócitos são especializados como células cardíacas, esqueléticas ou musculares lisas.

Termos chave

  • miogênese: A formação de tecido muscular durante o desenvolvimento de um embrião.
  • mesoderma: Uma das três camadas de tecido do embrião de um animal metazoário. Por meio do desenvolvimento embrionário, ele produz muitos órgãos internos do adulto, incluindo músculos, coluna e sistema circulatório.
  • mioblastos: Um tipo de célula-tronco embrionária que dá origem às células musculares.

Exemplos

Os fisiculturistas melhoram os processos naturais de desenvolvimento da fusão e desdiferenciação muscular dos mioblastos em miosatélites para aumentar drasticamente a massa dos miossatélites e, portanto, o tamanho e o peso dos músculos.

Embriogênese é o processo pelo qual o embrião é formado e se desenvolve, até se tornar um feto.

Características dos Embrioblastos

Célula muscular satélite esquelética: As células satélite estão localizadas entre a membrana basal e o sarcolema (membrana celular) das fibras musculares individuais. Eles são capazes de se diferenciar e fundir para aumentar as fibras musculares existentes e formar novas. Essas células representam o nicho mais antigo conhecido de células-tronco adultas e estão envolvidas no crescimento normal do músculo, bem como na regeneração após lesão ou doença.

As células da massa celular interna (embrioblasto), conhecidas como células-tronco embrionárias humanas (hESCs), se diferenciam para formar quatro estruturas: o âmnio, o saco vitelino, o alantóide e o próprio embrião. As células-tronco embrionárias humanas são pluripotentes, ou seja, podem se diferenciar em qualquer um dos tipos de células presentes no ser humano adulto e em qualquer um dos tipos de células progenitoras intermediárias que eventualmente se transformam em linhagens de células adultas. HESCs também são imortais, eles podem se dividir e crescer em número indefinidamente, sem sofrer diferenciação ou envelhecimento celular (senescência celular).

A primeira diferenciação dos hESCs que formam o embrião propriamente dito, é em três tipos de células conhecidas como camadas germinativas: o ectoderma, a mesoderma, e as endoderma. O ectoderma eventualmente forma a pele (incluindo cabelo e unhas), membranas mucosas e sistema nervoso. O mesoderma forma o esqueleto e os músculos, o coração e o sistema circulatório, os sistemas urinário e reprodutivo e os tecidos conjuntivos dentro do corpo. A endoderme forma o trato gastrointestinal (estômago e intestinos), o trato respiratório e o sistema endócrino (fígado e glândulas endócrinas).

O Processo de Miogênese

Miogênese é a formação de tecido muscular, principalmente durante o desenvolvimento embrionário. As fibras musculares se formam a partir da fusão de mioblastos em fibras multinucleadas chamadas miotubos. No início do desenvolvimento embrionário, esses mioblastos proliferam se houver fator de crescimento de fibroblastos (FGF) suficiente. Quando o FGF acaba, os mioblastos cessam a divisão e secretam fibronectina em sua matriz extracelular. O segundo estágio envolve o alinhamento dos mioblastos nos miotubos. O terceiro estágio é a própria fusão celular. Nesse estágio, os íons de cálcio são essenciais para o desenvolvimento. Os fatores de aumento de miócitos (MEFs) promovem a miogênese. O fator de resposta sérica (SRF) desempenha um papel central durante a miogênese, necessário para a expressão de genes de alfa-actina estriados. A expressão da alfa-actina esquelética também é regulada pelo receptor de andrógeno, o que significa que os esteróides podem regular a miogênese.

Características de mioblastos

Um mioblasto é um tipo de célula progenitora embrionária que se diferencia para formar células musculares. As fibras musculares esqueléticas são formadas quando os mioblastos se fundem, então as fibras musculares têm vários núcleos. A fusão de mioblastos é específica para o músculo esquelético (por exemplo, bíceps braquial), não cardíaco ou músculo liso.

Mesoderma: A camada embrionária a partir da qual os tecidos musculares se desenvolvem, incluindo o músculo cardíaco, as células dos músculos esqueléticos, as células dos túbulos renais, os glóbulos vermelhos e o músculo liso do intestino.

Os mioblastos que não formam fibras musculares se desdiferenciam de volta às células satélites (miossatélites). Essas células permanecem adjacentes a uma fibra muscular, situada entre o sarcolema e o endomísio (o tecido conjuntivo que divide os fascículos musculares em fibras individuais). As células satélite são capazes de se diferenciar e fundir para aumentar as fibras musculares existentes e formar novas. No músculo não danificado, a maioria das células satélites estão quiescentes, não se diferenciam nem sofrem divisão celular. Em resposta à tensão mecânica, as células satélite tornam-se ativadas e inicialmente proliferam como mioblastos esqueléticos antes de sofrerem diferenciação miogênica.

Um miócito (também conhecido como célula muscular ou fibra muscular) é o tipo de célula encontrado no tecido muscular. Essas células tubulares longas surgem do desenvolvimento dos mioblastos para formar músculos. Existem várias formas especializadas de miócitos com várias propriedades, incluindo células cardíacas, esqueléticas e musculares lisas. Os miócitos cardíacos geram os impulsos elétricos que controlam a frequência cardíaca e outras funções.


Polaridade e teoria do gradiente

Cada ser vivo exibe polaridade, um exemplo da qual é a diferenciação de um organismo em uma cabeça, ou parte dianteira, e uma cauda, ​​ou parte traseira. As partes em regeneração não são exceção, elas exibem polaridade por crescerem sempre na direção distal (longe da parte principal do corpo). Entre os invertebrados inferiores, entretanto, a distinção entre proximal (próximo ou em direção ao corpo) e distal nem sempre é clara. Não é difícil, por exemplo, inverter a polaridade das “hastes” nos hidroides coloniais. Normalmente, um pedaço da haste desenvolverá uma extremidade da cabeça, ou hidrante, em sua extremidade livre, ou distal, se esta estiver amarrada, no entanto, regenera uma hidrante na extremidade que era originalmente proximal. A polaridade neste sistema é aparentemente determinada por um gradiente de atividade de tal forma que uma hidrante se regenera sempre que a taxa metabólica é mais alta. Uma vez que um hidrante começa a se desenvolver, ele inibe a produção de outros proximais a ele pela difusão de uma substância inibidora para baixo ao longo do caule.

Quando planárias planárias são cortadas ao meio, cada pedaço cresce de volta à extremidade que está faltando. Células em regiões essencialmente idênticas do corpo onde o corte foi feito formam blastemas, que, em um caso, dão origem a uma cabeça e, no outro, transforma-se em cauda. O que cada blastema regenera depende inteiramente se é em uma peça frontal ou traseira de uma minhoca: ​​a diferença real entre as duas peças pode ser estabelecida por diferenciais metabólicos. Se um pedaço transversal de um verme achatado for cortado muito fino - estreito demais para que um gradiente metabólico eficaz seja estabelecido - ele pode regenerar duas cabeças, uma em cada extremidade. Se a atividade metabólica na extremidade anterior de um verme chato é artificialmente reduzida pela exposição a certos medicamentos, a antiga extremidade posterior do verme pode desenvolver uma cabeça.

A regeneração de apêndices apresenta um problema diferente daquele de organismos inteiros. A barbatana de um peixe e o membro de uma salamandra têm extremidades proximal e distal. Por várias manipulações, é possível fazê-los regenerar em uma direção proximal, no entanto. Se um buraco quadrado é cortado na nadadeira de um peixe, a regeneração ocorre como esperado a partir da margem interna, mas também pode ocorrer a partir da extremidade distal. No último caso, a aleta em regeneração é na verdade uma estrutura distal, exceto que acontece de estar crescendo em uma direção proximal.

Membros de anfíbios reagem de maneira semelhante. É possível enxertar a mão de uma salamandra na parede do corpo próxima e, uma vez que um fluxo sanguíneo suficiente tenha sido estabelecido, cortar o braço entre o ombro e o cotovelo. Isso cria dois tocos, um curto que consiste em parte do braço e um mais longo feito do resto do braço projetando-se na direção errada do lado do animal. Ambos os cotos regeneram a mesma coisa, ou seja, tudo que normalmente se encontra distal ao nível da amputação, independentemente da direção para o qual o coto estava voltado. O braço invertido, portanto, regenera uma imagem espelhada de si mesmo.

Claramente, quando uma estrutura se regenera, ela só pode produzir partes que normalmente ficam distais ao nível da amputação. As células participantes contêm informações necessárias para desenvolver tudo "a jusante", mas nunca podem se tornar estruturas mais proximais. A regeneração, como o desenvolvimento embrionário, ocorre em uma sequência definida.


Regeneração

Morfoalaxia: a hidra cresce pela perda de células de suas extremidades e por brotamento.
A hidra possui corpo tubular oco (0,5 cm de comprimento), com tentáculos circundando a boca (hipostomo) e, na outra extremidade, um disco basal (pé).
Hydra tem apenas duas camadas germinativas, a ectoderme e a endoderme separadas pela membrana basal.
Hydra sofre crescimento contínuo e formação de padrões e células são perdidas nas pontas dos tentáculos e do disco basal.
As células mudam continuamente de posição e formam novas estruturas à medida que se movem para cima e para baixo na coluna do corpo.
O brotamento ocorre, 2/3 para baixo do eixo do corpo que desenvolve uma cabeça e então se desprende como uma pequena nova Hidra.

A regeneração em Hydra é polarizada e não depende do crescimento.
Quando cortado em dois, a parte inferior desenvolverá uma cabeça e a parte superior desenvolverá um pé.
Um pedaço retirado do corpo da Hydra irá regenerar a cabeça e o disco basal na mesma polaridade.
Um pequeno fragmento produzirá uma pequena Hydra que crescerá após a alimentação.
Hydra fortemente irradiada, que não pode sofrer divisão celular (crescer), irá se regenerar.

A região da cabeça inibe a formação de cabeças próximas
A região da cabeça de Hydra atua como uma região organizadora e como um inibidor da formação inadequada de cabeça.
O hipostomo e os discos basais atuam como centros organizadores para dar polaridade e induzir a formação de cabeça e cauda.
Enxertos do hipostomo na região gástrica induzirão uma segunda cabeça (e eventualmente um novo corpo).
Enxertos da região próxima à cabeça para a região gástrica não irão gerar uma nova cabeça a menos que a cabeça original seja removida, mas irão gerar uma nova cabeça na região do pé.

A regeneração da cabeça em Hydra pode ser contabilizada em termos de dois gradientes:
1) um gradiente de inibidor de cabeça e
2) gradiente de informação posicional (ao longo do eixo do corpo).
Diacilglicerol, um potente segundo mensageiro (ou seja, sinalização de fosfatidilinositol) causa a formação de cabeça ectópica, enquanto o lítio induz pés ectópicos.
Homólogos de genes Hox e fatores de transcrição forkhead atuam nas regiões organizadoras de Hydra.

Epimorfose: A regeneração dos membros dos vertebrados envolve a desdiferenciação e o crescimento das células.
Em salamandras pós-amputação, as células epidérmicas cobrem a ferida para formar um blastema.
As células do blastema surgem abaixo da epiderme da ferida, se desdiferenciam e começam a se dividir.
Ao longo de semanas, essas células se transformam em cartilagem, músculo e tecido conjuntivo.
A transdeterminação pode ser observada pelas células musculares (multinucleadas) com rodamina-dextrana (um grande corante marcador).
Surgem células mononucleadas etiquetadas que dão origem à cartilagem e também aos músculos.
Na regeneração de células newt, a proteína Rb é inativada por fosforilação.
A regeneração dos membros também depende da presença de células nervosas.

O blastema dá origem a estruturas com valores distais posicionais.
A regeneração sempre ocorre em uma direção distal à superfície de corte.
Um membro amputado irá restabelecer o suprimento de sangue quando fundido ao tronco.
Se o úmero for cortado, ambas as superfícies irão regenerar as estruturas distais.
Enxertar um blastema distal em um coto proximal irá induzir o coto (principalmente) a gerar um membro normal e o blastema distal formará o punho e a mão.
Isso é realizado pelo restabelecimento dos valores posicionais pela indução do crescimento intercalar.
Embora os mamíferos não possam regenerar membros, muitos (incluindo crianças pequenas) podem regenerar as pontas de seus dedos.

O ácido retinóico pode alterar os valores proximo-distais em membros em regeneração.
O ácido retinóico está presente no desenvolvimento dos membros dos vertebrados e pode alterar os valores posicionais nos membros do pintinho.
A exposição ao ácido retinóico altera o valor posicional de um blastema para outros mais proximais, de modo que os elementos proximais ao corte e distais sejam gerados.
A epiderme ferida é uma forte fonte de ácido retinóico.
Na regeneração de membros, o ácido retinóico está presente em um padrão distinto e a concentração é maior em blastemas mais distais.

Os membros dos insetos intercalam os valores posicionais.
Quando tecidos de valores posicionais muito diferentes são colocados em conjunção, ocorre um crescimento intercalar para substituir os valores ausentes.
A enxertia de pernas amputadas de barata demonstra intercalação.
Um corte distal da tíbia enxertado em um corte proximal crescerá para intercalar as peças que faltam.
No entanto, uma tíbia cortada proximalmente, enxertada em um hospedeiro cortado distalmente, também crescerá por intercalação.
No último caso, a poção regenerada está na orientação reversa (pela direção das cerdas).
Os valores circunferenciais também podem ser regenerados por intercalação.

As estacas de plantas podem produzir plantas completas, regenerando todos os valores posicionais.


Estratégias de Medicina Regenerativa

2 células-satélite do músculo esquelético

A regeneração muscular é diminuída em camundongos e ratos idosos. O número de SCs não diminui com a idade, mas sua capacidade de proliferação diminui significativamente devido a uma deficiência que resulta na ativação de apenas 25% do número de SCs ativados no músculo jovem (Conboy et al., 2003). A deficiência é devido à suprarregulação insuficiente do ligante Delta Notch e, portanto, ativação diminuída de Notch. O bloqueio da ativação de Notch no músculo jovem com um inibidor causou uma inibição acentuada da regeneração (Conboy et al., 2003). A capacidade regenerativa do músculo envelhecido transplantado para hospedeiros jovens é aumentada, e a do músculo jovem é diminuída quando transplantado para hospedeiros idosos (Carlson e Faulkner, 1989 Carlson et al., 2001). A ativação de Notch diretamente com um anticorpo para seu domínio extracelular restaura a capacidade regenerativa do músculo velho ao nível de camundongos jovens (Conboy et al., 2003). Além disso, o número de SCs ativados e regeneração de músculo em massa foi restaurado em camundongos velhos de parabiontes heterocrônicos quase ao nível de camundongos jovens, enquanto o número de SCs ativados e regeneração de músculo em massa em camundongos jovens dos pares foi apenas ligeiramente reduzido (Conboy et al., 2005) (Fig. 9.7).

Figura 9.7. A parabiose heterocrônica restaura a regeneração muscular e a ativação de células satélites em ratos idosos, efeito mediado pelo soro jovem. (UMA) Camundongos jovens e idosos foram pareados de forma isocrônica ou heterocrônica e o músculo tibial lesionado localmente por congelamento. Os músculos foram analisados ​​histologicamente 5 dias após a lesão. Principal, coloração com hematoxilina e eosina. Fundo, imunocoloração para cadeia pesada de miosina embrionária (eMHC, vermelho). Núcleos corados com Hoechst (azul). A regeneração do músculo envelhecido é significativamente melhorada pela parabiose heterocrônica. (B, C) Gráficos de barras que medem o índice de regeneração (número de miofibras MHC embrionárias no local da lesão / número total de núcleos no campo) e porcentagem de células-satélite Delta + (ativas). Os dados mostram que a parabiose heterocrônica melhora significativamente o índice de regeneração e o número de SCs ativos no músculo envelhecido. (D, E) Este efeito é ambiental, conforme mostrado pelo aumento significativo no número de SCs Delta + e Notch + quando SCs envelhecidos foram cultivados por 24 horas em soro jovem.

Reproduzido com permissão de Conboy et al., Rejuvenation of aged progenitor cells por exposição a um jovem ambiente sistêmico. Nature 433: 760–764. Copyright 2005, Nature Publishing Group.

Essas observações implicam novamente na perda de certos fatores de nicho sistêmicos que resultam no declínio da capacidade regenerativa no músculo e no fígado com a idade. Consistente com essa hipótese, a exposição de SCs dos músculos de camundongos velhos ao soro de camundongos jovens em vitro resulta em expressão elevada de Delta, ativação de Notch aumentada e proliferação aprimorada (Conboy et al., 2005) (Fig. 9.7). Além disso, os músculos de ratos e humanos idosos são relatados como deficientes na produção do fator de crescimento mecânico (MGH), uma variante de splice do IGF-I (Owino et al., 2001 Hameed et al., 2004). O treinamento de força retarda o início da sarcopenia em humanos (Clarke, 2004) e aumenta significativamente a produção de MGF, particularmente em combinação com a administração de hormônio de crescimento (Goldspink, 2004), sugerindo novamente que os fatores de nicho exercem um efeito significativo na capacidade dos SCs no envelhecimento muscular para expressar um potencial regenerativo inalterado (Aagaard, 2004).


Centro Eugene Bell de Biologia Regenerativa e Engenharia de Tecidos

O Centro Eugene Bell para Biologia Regenerativa e Engenharia de Tecidos foi estabelecido em 2010 por meio dos dons de liderança extraordinários de Millicent Bell e John e Valerie Rowe. A pesquisa no Bell Center visa elucidar os mecanismos moleculares, genéticos e celulares subjacentes ao crescimento e substituição de tecidos altamente diferenciados durante o desenvolvimento, renovação fisiológica e reparo após lesão. Esses processos são essenciais para a saúde humana e a biologia e têm sido o foco de elegantes estudos em uma miríade de organismos modelo no Laboratório, desde o trabalho pioneiro dos cientistas da MBL Thomas Hunt Morgan e Jacques Loeb.

Utilizando organismos modelos marinhos e aquáticos exclusivos e altamente tratáveis, alto rendimento e abordagens genéticas comparativas, novas tecnologias de imagem e os mais recentes avanços em análise computacional com uso intensivo de dados, cientistas do Bell Center, em colaboração com colegas da Universidade de Chicago e do Argonne National Laboratory, está fornecendo respostas para algumas das questões mais fundamentais e intrigantes da biologia. Do controle da energética celular aos processos de desenvolvimento de órgãos e regeneração da medula espinhal, essas descobertas transformadoras estão permitindo novos insights sobre os mecanismos básicos de crescimento, reparo e regeneração de tecidos em todos os metazoários e permitirão novas abordagens para a compreensão, tratamento e prevenção de doença humana.


Resumo

As células-tronco e seu microambiente local, ou nicho, comunicam-se por meio de sinais mecânicos para regular o destino e o comportamento celular e orientar os processos de desenvolvimento. Durante o desenvolvimento embrionário, forças mecânicas estão envolvidas na padronização e na organogênese. O ambiente físico das células-tronco pluripotentes regula sua autorrenovação e diferenciação. Pistas mecânicas e físicas também são importantes em tecidos adultos, onde as células-tronco adultas requerem interações físicas com a matriz extracelular para manter sua potência. Em vitro, os modelos sintéticos do nicho das células-tronco podem ser usados ​​para controlar e manipular com precisão as propriedades biofísicas e bioquímicas do microambiente das células-tronco e examinar como o modo e a magnitude dos estímulos mecânicos, como rigidez da matriz ou forças aplicadas, direcionam a diferenciação das células-tronco e função. Os insights fundamentais sobre a mecanobiologia das células-tronco também informam o design de nichos artificiais para dar suporte às células-tronco para terapias regenerativas.


Fibra muscular híbrida projetada por bioengenharia para medicina regenerativa

O músculo é o maior órgão responsável por 40% da massa corporal e desempenha um papel essencial na manutenção de nossas vidas. O tecido muscular é notável por sua capacidade única de regeneração espontânea. No entanto, em lesões graves, como aquelas sofridas em acidentes de carro ou ressecção de tumor que resulta em uma perda muscular volumétrica (VML), a capacidade do músculo de se recuperar é muito diminuída. Atualmente, o tratamento da VML compreende intervenções cirúrgicas com retalhos musculares autólogos ou enxertos acompanhados de fisioterapia. No entanto, os procedimentos cirúrgicos muitas vezes levam a uma função muscular reduzida e, em alguns casos, resultam em uma falha completa do enxerto. Assim, há uma demanda por opções terapêuticas adicionais para melhorar a recuperação da perda muscular.

Uma estratégia promissora para melhorar a capacidade funcional do músculo danificado é induzir a regeneração de novo do músculo esquelético por meio da integração das células transplantadas. Diversos tipos de células, incluindo células-satélite (células-tronco musculares), mioblastos e células-tronco mesenquimais, têm sido usados ​​para tratar a perda muscular. No entanto, biópsias musculares invasivas, pouca disponibilidade de células e manutenção limitada de longo prazo impedem a tradução clínica, onde milhões a bilhões de células maduras podem ser necessárias para fornecer benefícios terapêuticos.

Outra questão importante é controlar o microambiente tridimensional no local da lesão para garantir que as células transplantadas se diferenciem adequadamente em tecidos musculares com estruturas desejáveis. Uma variedade de biomateriais naturais e sintéticos têm sido usados ​​para aumentar a sobrevivência e maturação das células transplantadas, enquanto as células hospedeiras são recrutadas para a regeneração muscular. No entanto, existem dilemas não resolvidos e duradouros no desenvolvimento de estruturas de tecido. Os andaimes naturais exibem alto reconhecimento de células e afinidade de ligação celular, mas muitas vezes falham em fornecer robustez mecânica em grandes lesões ou tecidos de suporte de carga que requerem suporte mecânico de longo prazo. Em contraste, os andaimes sintéticos fornecem uma alternativa precisamente projetada com propriedades físicas e mecânicas ajustáveis, bem como estruturas personalizadas e composições bioquímicas, mas são frequentemente dificultados pela falta de recrutamento de células e integração pobre com o tecido do hospedeiro.

Para superar esses desafios, uma equipe de pesquisa do Center for Nanomedicine do Institute for Basic Science (IBS) em Seul, na Coreia do Sul, da Yonsei University e do Massachusetts Institute of Technology (MIT), desenvolveu um novo protocolo para regeneração muscular artificial. A equipe conseguiu um tratamento eficaz de VML em um modelo de camundongo, empregando a tecnologia de reprogramação direta de células em combinação com uma estrutura híbrida sintética natural.

A reprogramação direta de células, também chamada de conversão direta, é uma estratégia eficiente que fornece terapia celular eficaz porque permite a geração rápida de células-alvo específicas do paciente usando células autólogas da biópsia de tecido. Os fibroblastos são as células comumente encontradas nos tecidos conjuntivos e estão amplamente envolvidas na cicatrização de feridas. Como os fibroblastos não são células diferenciadas terminalmente, é possível transformá-los em células progenitoras miogênicas induzidas (iMPCs) usando vários fatores de transcrição diferentes. Aqui, esta estratégia foi aplicada para fornecer iMPC para engenharia de tecido muscular.

A fim de fornecer suporte estrutural para as células musculares em proliferação, a policaprolactona (PCL), foi escolhida como material para a fabricação de um andaime poroso devido à sua alta biocompatibilidade. Embora a lixiviação de sal seja um método amplamente usado para criar materiais porosos, ele se limita principalmente à produção de estruturas porosas fechadas. Para superar essa limitação, os pesquisadores aumentaram o método convencional de lixiviação de sal com extração térmica para produzir andaimes de fibra PCL personalizados. Essa técnica facilitou a fabricação de alto rendimento de fibras porosas com rigidez, porosidade e dimensões controladas que permitem o ajuste preciso dos andaimes aos locais da lesão.

No entanto, os andaimes de fibra sintética PCL por si só não fornecem pistas bioquímicas e mecânicas locais ideais que imitam o microambiente específico do músculo. Portanto, a construção de um arcabouço híbrido foi concluída através da incorporação de hidrogel de matriz extracelular de músculo descelularizado (MEM) na estrutura do PCL. Atualmente, MEM é um dos biomateriais naturais mais utilizados para o tratamento de VML na prática clínica. Assim, os pesquisadores acreditam que scaffolds híbridos projetados com MEM têm um enorme potencial em aplicações clínicas.

As construções de fibras musculares resultantes da bioengenharia mostraram rigidez mecânica semelhante à dos tecidos musculares e exibiram diferenciação muscular aumentada e alinhamento muscular alongado in vitro. Além disso, a implantação de construções musculares de bioengenharia no modelo de camundongo VML não só promoveu a regeneração muscular com aumento da inervação e angiogênese, mas também facilitou a recuperação funcional dos músculos danificados. A equipe de pesquisa observa: "A construção muscular híbrida pode ter guiado as respostas de células musculares reprogramadas adicionadas exogenamente e populações de células hospedeiras infiltradas para aumentar a regeneração muscular funcional orquestrando a diferenciação, o efeito parácrino e a remodelação construtiva do tecido".

Prof. CHO Seung-Woo from the IBS Center for Nanomedicine and Yonsei University College of Life Science and Biotechnology who led this study notes: "Further studies are required to elucidate the mechanisms of muscle regeneration by our hybrid constructs and to empower the clinical translation of cell-instructive delivery platforms."


Conteúdo

Ecosystems can be regenerative. Following a disturbance, such as a fire or pest outbreak in a forest, pioneering species will occupy, compete for space, and establish themselves in the newly opened habitat. The new growth of seedlings and community assembly process is known as regeneration in ecology. [17] [18]

Pattern formation in the morphogenesis of an animal is regulated by genetic induction factors that put cells to work after damage has occurred. Neural cells, for example, express growth-associated proteins, such as GAP-43, tubulin, actin, an array of novel neuropeptides, and cytokines that induce a cellular physiological response to regenerate from the damage. [19] Many of the genes that are involved in the original development of tissues are reinitialized during the regenerative process. Cells in the primordia of zebrafish fins, for example, express four genes from the homeobox msx family during development and regeneration. [20]

"Strategies include the rearrangement of pre-existing tissue, the use of adult somatic stem cells and the dedifferentiation and/or transdifferentiation of cells, and more than one mode can operate in different tissues of the same animal. [1] All these strategies result in the re-establishment of appropriate tissue polarity, structure and form." [21] : 873 During the developmental process, genes are activated that serve to modify the properties of cell as they differentiate into different tissues. Development and regeneration involves the coordination and organization of populations cells into a blastema, which is "a mound of stem cells from which regeneration begins". [22] Dedifferentiation of cells means that they lose their tissue-specific characteristics as tissues remodel during the regeneration process. This should not be confused with the transdifferentiation of cells which is when they lose their tissue-specific characteristics during the regeneration process, and then re-differentiate to a different kind of cell. [21]

Arthropods Edit

Arthropods are known to regenerate appendages following loss or autotomy. [23] Regeneration among arthropods is restricted by molting such that hemimetabolous insects are capable of regeneration only until their final molt whereas most crustaceans can regenerate throughout their lifetimes. [24] Molting cycles are hormonally regulated in arthropods, [25] although premature molting can be induced by autotomy. [23] Mechanisms underlying appendage regeneration in hemimetabolous insects and crustaceans is highly conserved. [26] During limb regeneration species in both taxa form a blastema [27] following autotomy with regeneration of the excised limb occurring during proecdysis. [25] Limb regeneration is also present in insects that undergo metamorphosis, such as beetles, although the cost of said regeneration is a delayed pupal stage. [28] Arachnids, including scorpions, are known to regenerate their venom, although the content of the regenerated venom is different than the original venom during its regeneration, as the venom volume is replaced before the active proteins are all replenished. [29]

Annelids Edit

Many annelids (segmented worms) are capable of regeneration. [30] For example, Chaetopterus variopedatus e Branchiomma nigromaculata can regenerate both anterior and posterior body parts after latitudinal bisection. [31] The relationship between somatic and germline stem cell regeneration has been studied at the molecular level in the annelid Capitella teleta. [32] Leeches, however, appear incapable of segmental regeneration. [33] Furthermore, their close relatives, the branchiobdellids, are also incapable of segmental regeneration. [33] [30] However, certain individuals, like the lumbriculids, can regenerate from only a few segments. [33] Segmental regeneration in these animals is epimorphic and occurs through blastema formation. [33] Segmental regeneration has been gained and lost during annelid evolution, as seen in oligochaetes, where head regeneration has been lost three separate times. [33]

Along with epimorphosis, some polychaetes like Sabella pavonina experience morphallactic regeneration. [33] [34] Morphallaxis involves the de-differentiation, transformation, and re-differentation of cells to regenerate tissues. How prominent morphallactic regeneration is in oligochaetes is currently not well understood. Although relatively under-reported, it is possible that morphallaxis is a common mode of inter-segment regeneration in annelids. Following regeneration in L. variegatus, past posterior segments sometimes become anterior in the new body orientation, consistent with morphallaxis.

Following amputation, most annelids are capable of sealing their body via rapid muscular contraction. Constriction of body muscle can lead to infection prevention. In certain species, such as Limnodrilus, autolysis can be seen within hours after amputation in the ectoderm and mesoderm. Amputation is also thought to cause a large migration of cells to the injury site, and these form a wound plug.

Echinoderms Edit

Tissue regeneration is widespread among echinoderms and has been well documented in starfish (Asteroidea), sea cucumbers (Holothuroidea), and sea urchins (Echinoidea). Appendage regeneration in echinoderms has been studied since at least the 19th century. [35] In addition to appendages, some species can regenerate internal organs and parts of their central nervous system. [36] In response to injury starfish can autotomize damaged appendages. Autotomy is the self-amputation of a body part, usually an appendage. Depending on severity, starfish will then go through a four-week process where the appendage will be regenerated. [37] Some species must retain mouth cells to regenerate an appendage, due to the need for energy. [38] The first organs to regenerate, in all species documented to date, are associated with the digestive tract. Thus, most knowledge about visceral regeneration in holothurians concerns this system. [39]

Planaria (Platyhelminthes) Edit

Regeneration research using Planarians began in the late 1800s and was popularized by T.H. Morgan at the beginning of the 20th century. [38] Alejandro Sanchez-Alvarado and Philip Newmark transformed planarians into a model genetic organism in the beginning of the 20th century to study the molecular mechanisms underlying regeneration in these animals. [40] Planarians exhibit an extraordinary ability to regenerate lost body parts. For example, a planarian split lengthwise or crosswise will regenerate into two separate individuals. In one experiment, T.H. Morgan found that a piece corresponding to 1/279th of a planarian [38] or a fragment with as few as 10,000 cells can successfully regenerate into a new worm within one to two weeks. [41] After amputation, stump cells form a blastema formed from neoblasts, pluripotent cells found throughout the planarian body. [42] New tissue grows from neoblasts with neoblasts comprising between 20 and 30% of all planarian cells. [41] Recent work has confirmed that neoblasts are totipotent since one single neoblast can regenerate an entire irradiated animal that has been rendered incapable of regeneration. [43] In order to prevent starvation a planarian will use their own cells for energy, this phenomenon is known as de-growth. [10]

Anfíbios Editar

Limb regeneration in the axolotl and newt has been extensively studied and researched. Urodele amphibians, such as salamanders and newts, display the highest regenerative ability among tetrapods. [44] As such, they can fully regenerate their limbs, tail, jaws, and retina via epimorphic regeneration leading to functional replacement with new tissue. [45] Salamander limb regeneration occurs in two main steps. First, the local cells dedifferentiate at the wound site into progenitor to form a blastema. [46] Second, the blastemal cells will undergo cell proliferation, patterning, cell differentiation and tissue growth using similar genetic mechanisms that deployed during embryonic development. [47] Ultimately, blastemal cells will generate all the cells for the new structure. [44]

After amputation, the epidermis migrates to cover the stump in 1–2 hours, forming a structure called the wound epithelium (WE). [48] Epidermal cells continue to migrate over the WE, resulting in a thickened, specialized signaling center called the apical epithelial cap (AEC). [49] Over the next several days there are changes in the underlying stump tissues that result in the formation of a blastema (a mass of dedifferentiated proliferating cells). As the blastema forms, pattern formation genes – such as HoxA and HoxD – are activated as they were when the limb was formed in the embryo. [50] [51] The positional identity of the distal tip of the limb (i.e. the autopod, which is the hand or foot) is formed first in the blastema. Intermediate positional identities between the stump and the distal tip are then filled in through a process called intercalation. [50] Motor neurons, muscle, and blood vessels grow with the regenerated limb, and reestablish the connections that were present prior to amputation. The time that this entire process takes varies according to the age of the animal, ranging from about a month to around three months in the adult and then the limb becomes fully functional. Researchers at Australian Regenerative Medicine Institute at Monash University have published that when macrophages, which eat up material debris, [52] were removed, salamanders lost their ability to regenerate and formed scarred tissue instead. [53]

In spite of the historically few researchers studying limb regeneration, remarkable progress has been made recently in establishing the neotenous amphibian the axolotl (Ambystoma mexicanum) as a model genetic organism. This progress has been facilitated by advances in genomics, bioinformatics, and somatic cell transgenesis in other fields, that have created the opportunity to investigate the mechanisms of important biological properties, such as limb regeneration, in the axolotl. [47] The Ambystoma Genetic Stock Center (AGSC) is a self-sustaining, breeding colony of the axolotl supported by the National Science Foundation as a Living Stock Collection. Located at the University of Kentucky, the AGSC is dedicated to supplying genetically well-characterized axolotl embryos, larvae, and adults to laboratories throughout the United States and abroad. An NIH-funded NCRR grant has led to the establishment of the Ambystoma EST database, the Salamander Genome Project (SGP) that has led to the creation of the first amphibian gene map and several annotated molecular data bases, and the creation of the research community web portal. [54]

Anurans can only regenerate their limbs during embryonic development. [55] Once the limb skeleton has developed regeneration does not occur (Xenopus can grow a cartilaginous spike after amputation). [55] Reactive oxygen species (ROS) appear to be required for a regeneration response in the anuran larvae. [56] ROS production is essential to activate the Wnt signaling pathway, which has been associated with regeneration in other systems. [56] Limb regeneration in salamanders occurs in two major steps. First, adult cells de-differentiate into progenitor cells which will replace the tissues they are derived from. [57] [58] Second, these progenitor cells then proliferate and differentiate until they have completely replaced the missing structure. [59]

Hydra Edit

Hidra is a genus of freshwater polyp in the phylum Cnidaria with highly proliferative stem cells that gives them the ability to regenerate their entire body. [60] Any fragment larger than a few hundred epithelial cells that is isolated from the body has the ability to regenerate into a smaller version of itself. [60] The high proportion of stem cells in the hydra supports its efficient regenerative ability. [61]

Regeneration among hydra occurs as foot regeneration arising from the basal part of the body, and head regeneration, arising from the apical region. [60] Regeneration tissues that are cut from the gastric region contain polarity, which allows them to distinguish between regenerating a head in the apical end and a foot in the basal end so that both regions are present in the newly regenerated organism. [60] Head regeneration requires complex reconstruction of the area, while foot regeneration is much simpler, similar to tissue repair. [62] In both foot and head regeneration, however, there are two distinct molecular cascades that occur once the tissue is wounded: early injury response and a subsequent, signal-driven pathway of the regenerating tissue that leads to cellular differentiation. [61] This early-injury response includes epithelial cell stretching for wound closure, the migration of interstitial progenitors towards the wound, cell death, phagocytosis of cell debris, and reconstruction of the extracellular matrix. [61]

Regeneration in hydra has been defined as morphallaxis, the process where regeneration results from remodeling of existing material without cellular proliferation. [63] [64] If a hydra is cut into two pieces, the remaining severed sections form two fully functional and independent hydra, approximately the same size as the two smaller severed sections. [60] This occurs through the exchange and rearrangement of soft tissues without the formation of new material. [61]

Aves (birds) Edit

Owing to a limited literature on the subject, birds are believed to have very limited regenerative abilities as adults. Some studies [65] on roosters have suggested that birds can adequately regenerate some parts of the limbs and depending on the conditions in which regeneration takes place, such as age of the animal, the inter-relationship of the injured tissue with other muscles, and the type of operation, can involve complete regeneration of some musculoskeletal structure. Werber and Goldschmidt (1909) found that the goose and duck were capable of regenerating their beaks after partial amputation [65] and Sidorova (1962) observed liver regeneration via hypertrophy in roosters. [66] Birds are also capable of regenerating the hair cells in their cochlea following noise damage or ototoxic drug damage. [67] Despite this evidence, contemporary studies suggest reparative regeneration in avian species is limited to periods during embryonic development. An array of molecular biology techniques have been successful in manipulating cellular pathways known to contribute to spontaneous regeneration in chick embryos. [68] For instance, removing a portion of the elbow joint in a chick embryo via window excision or slice excision and comparing joint tissue specific markers and cartilage markers showed that window excision allowed 10 out of 20 limbs to regenerate and expressed joint genes similarly to a developing embryo. In contrast, slice excision did not allow the joint to regenerate due to the fusion of the skeletal elements seen by an expression of cartilage markers. [69]

Similar to the physiological regeneration of hair in mammals, birds can regenerate their feathers in order to repair damaged feathers or to attract mates with their plumage. Typically, seasonal changes that are associated with breeding seasons will prompt a hormonal signal for birds to begin regenerating feathers. This has been experimentally induced using thyroid hormones in the Rhode Island Red Fowls. [70]

Mamíferos Editar

Mammals are capable of cellular and physiological regeneration, but have generally poor reparative regenerative ability across the group. [1] [24] Examples of physiological regeneration in mammals include epithelial renewal (e.g., skin and intestinal tract), red blood cell replacement, antler regeneration and hair cycling. [71] [72] Male deer lose their antlers annually during the months of January to April then through regeneration are able to regrow them as an example of physiological regeneration. A deer antler is the only appendage of a mammal that can be regrown every year. [73] While reparative regeneration is a rare phenomenon in mammals, it does occur. A well-documented example is regeneration of the digit tip distal to the nail bed. [74] Reparative regeneration has also been observed in rabbits, pikas and African spiny mice. In 2012, researchers discovered that two species of African Spiny Mice, Acomys kempi e Acomys percivali, were capable of completely regenerating the autotomically released or otherwise damaged tissue. These species can regrow hair follicles, skin, sweat glands, fur and cartilage. [75] In addition to these two species, subsequent studies demonstrated that Acomys cahirinus could regenerate skin and excised tissue in the ear pinna. [76] [77]

Despite these examples, it is generally accepted that adult mammals have limited regenerative capacity compared to most vertebrate embryos/larvae, adult salamanders and fish. [78] But the regeneration therapy approach of Robert O. Becker, using electrical stimulation, has shown promising results for rats [79] and mammals in general. [80]

Some researchers have also claimed that the MRL mouse strain exhibits enhanced regenerative abilities. Work comparing the differential gene expression of scarless healing MRL mice and a poorly-healing C57BL/6 mouse strain, identified 36 genes differentiating the healing process between MRL mice and other mice. [81] [82] Study of the regenerative process in these animals is aimed at discovering how to duplicate them in humans, such as deactivation of the p21 gene. [83] [84] However, recent work has shown that MRL mice actually close small ear holes with scar tissue, rather than regeneration as originally claimed. [76]

MRL mice are not protected against myocardial infarction heart regeneration in adult mammals (neocardiogenesis) is limited, because heart muscle cells are nearly all terminally differentiated. MRL mice show the same amount of cardiac injury and scar formation as normal mice after a heart attack. [85] However, recent studies provide evidence that this may not always be the case, and that MRL mice can regenerate after heart damage. [86]

Humans Edit

The regrowth of lost tissues or organs in the human body is being researched. Some tissues such as skin regrow quite readily others have been thought to have little or no capacity for regeneration, but ongoing research suggests that there is some hope for a variety of tissues and organs. [1] [87] Human organs that have been regenerated include the bladder, vagina and the penis. [88]

As are all metazoans, humans are capable of physiological regeneration (i.e. the replacement of cells during homeostatic maintenance that does not necessitate injury). For example, the regeneration of red blood cells via erythropoiesis occurs through the maturation of erythrocytes from hematopoietic stem cells in the bone marrow, their subsequent circulation for around 90 days in the blood stream, and their eventual cell-death in the spleen. [89] Another example of physiological regeneration is the sloughing and rebuilding of a functional endometrium during each menstrual cycle in females in response to varying levels of circulating estrogen and progesterone. [90]

However, humans are limited in their capacity for reparative regeneration, which occurs in response to injury. One of the most studied regenerative responses in humans is the hypertrophy of the liver following liver injury. [91] [92] For example, the original mass of the liver is re-established in direct proportion to the amount of liver removed following partial hepatectomy, [93] which indicates that signals from the body regulate liver mass precisely, both positively and negatively, until the desired mass is reached. This response is considered cellular regeneration (a form of compensatory hypertrophy) where the function and mass of the liver is regenerated through the proliferation of existing mature hepatic cells (mainly hepatocytes), but the exact morphology of the liver is not regained. [92] This process is driven by growth factor and cytokine regulated pathways. [91] The normal sequence of inflammation and regeneration does not function accurately in cancer. Specifically, cytokine stimulation of cells leads to expression of genes that change cellular functions and suppress the immune response. [94]

Adult neurogenesis is also a form of cellular regeneration. For example, hippocampal neuron renewal occurs in normal adult humans at an annual turnover rate of 1.75% of neurons. [95] Cardiac myocyte renewal has been found to occur in normal adult humans, [96] and at a higher rate in adults following acute heart injury such as infarction. [97] Even in adult myocardium following infarction, proliferation is only found in around 1% of myocytes around the area of injury, which is not enough to restore function of cardiac muscle. However, this may be an important target for regenerative medicine as it implies that regeneration of cardiomyocytes, and consequently of myocardium, can be induced.

Another example of reparative regeneration in humans is fingertip regeneration, which occurs after phalange amputation distal to the nail bed (especially in children) [98] [99] and rib regeneration, which occurs following osteotomy for scoliosis treatment (though usually regeneration is only partial and may take up to 1 year). [100]

Yet another example of regeneration in humans is vas deferens regeneration, which occurs after a vasectomy and which results in vasectomy failure. [101]

Reptiles Edit

The ability and degree of regeneration in reptiles differs among the various species, but the most notable and well-studied occurrence is tail-regeneration in lizards. [102] [103] [104] In addition to lizards, regeneration has been observed in the tails and maxillary bone of crocodiles and adult neurogenesis has also been noted. [102] [105] [106] Tail regeneration has never been observed in snakes. [102] Lizards possess the highest regenerative capacity as a group. [102] [103] [104] [107] Following autotomous tail loss, epimorphic regeneration of a new tail proceeds through a blastema-mediated process that results in a functionally and morphologically similar structure. [102] [103]

Chondrichthyes Edit

Studies have shown that some chondrichthyans can regenerate rhodopsin by cellular regeneration, [108] micro RNA organ regeneration, [109] teeth physiological teeth regeneration, [65] and reparative skin regeneration. [110] Rhodopsin regeneration has been studied in skates and rays. [108] After complete photo-bleaching, rhodopsin can completely regenerate within 2 hours in the retina. [108] White bamboo sharks can regenerate at least two-thirds of their liver and this has been linked to three micro RNAs, xtr-miR-125b, fru-miR-204, and has-miR-142-3p_R-. [109] In one study two thirds of the liver was removed and within 24 hours more than half of the liver had undergone hypertrophy. [109] Leopard sharks routinely replace their teeth every 9–12 days [65] and this is an example of physiological regeneration. This can occur because shark teeth are not attached to a bone, but instead are developed within a bony cavity. [65] It has been estimated that the average shark loses about 30,000 to 40,000 teeth in a lifetime. [65] Some sharks can regenerate scales and even skin following damage. [110] Within two weeks of skin wounding the mucus is secreted into the wound and this initiates the healing process. [110] One study showed that the majority of the wounded area was regenerated within 4 months, but the regenerated area also showed a high degree of variability. [110]


Stem cells in skeletal muscle growth and regeneration in amniotes and teleosts: Emerging themes

Peter D. Currie, Australian Regenerative Medicine Institute, Monash University, 18 Innovation Walk, Clayton, VIC 3800, Australia.

Australian Regenerative Medicine Institute, Monash University, Melbourne, Victoria, Australia

EMBL Australia, Monash University, Melbourne, Victoria, Australia

Australian Regenerative Medicine Institute, Monash University, Melbourne, Victoria, Australia

EMBL Australia, Monash University, Melbourne, Victoria, Australia

Australian Regenerative Medicine Institute, Monash University, Melbourne, Victoria, Australia

EMBL Australia, Monash University, Melbourne, Victoria, Australia

Peter D. Currie, Australian Regenerative Medicine Institute, Monash University, 18 Innovation Walk, Clayton, VIC 3800, Australia.

Funding information: National Health and Medical Research Council, Grant/Award Numbers: APP1041885, APP1136567, APP1104190, APP1159278

Resumo

Skeletal muscle is a contractile, postmitotic tissue that retains the capacity to grow and regenerate throughout life in amniotes and teleost. Both muscle growth and regeneration are regulated by obligate tissue resident muscle stem cells. Given that considerable knowledge exists on the myogenic process, recent studies have focused on examining the molecular markers of muscle stem cells, and on the intrinsic and extrinsic signals regulating their function. From this, two themes emerge: firstly, muscle stem cells display remarkable heterogeneity not only with regards to their gene expression profile, but also with respect to their behavior and function and secondly, the stem cell niche is a critical regulator of muscle stem cell function during growth and regeneration. Here, we will address the current understanding of these emerging themes with emphasis on the distinct processes used by amniotes and teleost, and discuss the challenges and opportunities in the muscle growth and regeneration fields.

  • Adult Stem Cells, Tissue Renewal, and Regeneration > Tissue Stem Cells and Niches
  • Early Embryonic Development > Development to the Basic Body Plan
  • Vertebrate Organogenesis > Musculoskeletal and Vascular

Resumo

Muscle growth and regeneration is regulated by obligate tissue resident muscle stem cells. Here, we review the current understanding of the role of muscle stem cells in muscle growth, specifically discussing the distinct processes used by amniotes and teleosts, and in muscle regeneration, addressing the importance of muscle stem cell heterogeneity, and the niche.


Assista o vídeo: 01- NO RUMO DO MUNDO DE REGENERAÇÃO - INTRODUÇÃO (Janeiro 2022).