Il processo di rigenerazione
Origine del materiale di rigenerazione
Dopo l'amputazione, un'appendice in grado di rigenerarsi sviluppa un blastema dai tessuti nel moncone appena dietro il livello di amputazione (vedi foto). Questi tessuti subiscono drastici cambiamenti. Le loro cellule, un tempo specializzate come muscoli, ossa o cartilagini, perdono le caratteristiche con cui vengono normalmente identificate (dedifferenziazione); iniziano quindi a migrare verso e si accumulano sotto l'epidermide della ferita, formando un bocciolo arrotondato (blastema) che si gonfia dal moncone. Le cellule più vicine alla punta del bocciolo continuano a moltiplicarsi, mentre quelle situate più vicine ai vecchi tessuti del moncone si differenziano in muscoli o cartilagine, a seconda della loro posizione. Lo sviluppo continua fino a quando le strutture finali sulla punta dell'appendice rigenerata sono differenziate e tutte le cellule proliferanti vengono esaurite nel processo.
malattia umana: riparazione e rigenerazione
Sostituendo le cellule danneggiate o distrutte con nuove cellule sane, i processi di riparazione e rigenerazione funzionano per ripristinare quelli di un individuo
Le cellule blastema sembrano differenziarsi nello stesso tipo di cellule che erano prima o in tipi strettamente correlati. Le cellule possono forse cambiare il loro ruolo in determinate condizioni, ma apparentemente raramente lo fanno. Se un blastema degli arti viene trapiantato sul retro dello stesso animale, può continuare il suo sviluppo in un arto. Allo stesso modo, un blastema di coda trapiantato in altre parti del corpo diventerà una coda. Pertanto, le cellule di un blastema sembrano recare il segno indelebile dell'appendice da cui sono state prodotte e in cui sono destinate a svilupparsi. Se un blastema di coda viene trapiantato sul moncone di un arto, tuttavia, la struttura che si rigenera sarà un composito delle due appendici.
Polarità e teoria del gradiente
Ogni essere vivente mostra polarità, un esempio del quale è la differenziazione di un organismo in una testa, o parte anteriore, e una coda o parte posteriore. Le parti rigeneranti non fanno eccezione; esibiscono polarità crescendo sempre in una direzione distale (lontano dalla parte principale del corpo). Tra gli invertebrati inferiori, tuttavia, la distinzione tra prossimale (vicino o verso il corpo) e distale non è sempre netta. Non è difficile, ad esempio, invertire la polarità degli "steli" negli idroidi coloniali. Normalmente un pezzo dello stelo fa crescere un'estremità della testa, o idrante, alla sua estremità libera o distale; se è legato, tuttavia, rigenera un'idrante all'estremità originariamente prossimale. La polarità in questo sistema è apparentemente determinata da un gradiente di attività in modo tale che un'idrante si rigenera ovunque il tasso metabolico sia più alto. Una volta che un idrante ha iniziato a svilupparsi, inibisce la produzione di altri prossimali ad esso mediante la diffusione di una sostanza inibente verso il basso lungo lo stelo.
Quando i vermi piatti planari vengono tagliati a metà, ogni pezzo ricresce la parte mancante. Le cellule in regioni essenzialmente identiche del corpo in cui è stato effettuato il taglio formano blastemas, che, in un caso, danno origine a una testa e nell'altro diventa una coda. Ciò che ogni blastema rigenera dipende interamente dal fatto che si trovi su un pezzo anteriore o posteriore di un verme piatto: la vera differenza tra i due pezzi può essere stabilita dai differenziali metabolici. Se un pezzo trasversale di un verme piatto viene tagliato molto sottile, troppo stretto per essere impostato un gradiente metabolico efficace, può rigenerare due teste, una alle estremità. Se l'attività metabolica all'estremità anteriore di un verme piatto viene artificialmente ridotta dall'esposizione a determinati farmaci, la precedente estremità posteriore del verme può sviluppare una testa.
La rigenerazione dell'appendice pone un problema diverso da quello di interi organismi. La pinna di un pesce e l'arto di una salamandra hanno estremità prossimale e distale. Con varie manipolazioni, tuttavia, è possibile farle rigenerare in una direzione prossimale. Se viene praticato un foro quadrato nella pinna di un pesce, la rigenerazione avviene come previsto dal margine interno, ma può anche verificarsi dal bordo distale. In quest'ultimo caso, la pinna rigenerante è in realtà una struttura distale, tranne per il fatto che sta crescendo in una direzione prossimale.
Gli arti anfibi reagiscono in modo simile. È possibile innestare la mano di un tritone sulla parete del corpo vicino e, una volta stabilito un flusso sanguigno sufficiente, recidere il braccio tra la spalla e il gomito. Questo crea due monconi, uno corto costituito da una parte della parte superiore del braccio e uno più lungo costituito dal resto del braccio che sporge nella direzione sbagliata dal lato dell'animale. Entrambi i monconi rigenerano la stessa cosa, vale a dire, tutto normalmente giace distale rispetto al livello di amputazione, indipendentemente dal modo in cui il moncone era rivolto. Il braccio invertito quindi rigenera un'immagine speculare di se stesso.
Chiaramente, quando una struttura si rigenera, può produrre solo parti che normalmente si trovano distali rispetto al livello di amputazione. Le cellule partecipanti contengono informazioni necessarie per sviluppare tutto "a valle", ma non possono mai diventare strutture più prossimali. La rigenerazione, come lo sviluppo embrionale, avviene in una sequenza definita.
