Вчені стверджують, що ці істоти займають «третій стан» за межами життя та смерті

Життя і смерть традиційно розглядаються як протилежності. Але поява нових багатоклітинних форм життя з клітин мертвого організму вводить «третій стан», який знаходиться за традиційними межами життя і смерті. Зазвичай вчені вважають смерть незворотною зупинкою функціонування організму в цілому. Однак такі практики, як донорство органів, підкреслюють, як органи, тканини та клітини можуть продовжувати функціонувати навіть після смерті організму.

Ця стійкість викликає питання: які механізми дозволяють певним клітинам продовжувати працювати після смерті організму?

Ми дослідники, які досліджують, що відбувається в організмах після їх смерті. У нашому нещодавно опублікованому огляді ми описуємо, як певні клітини – якщо вони забезпечені поживними речовинами, киснем, біоелектрикою або біохімічними сигналами – мають здатність перетворюватися на багатоклітинні організми з новими функціями після смерті.

Життя, смерть і поява чогось нового

Третій стан ставить під сумнів те, як вчені зазвичай розуміють поведінку клітин. Хоча гусениці, що перетворюються на метеликів, або пуголовки, які еволюціонують у жаб, можуть бути знайомими трансформаціями розвитку, є кілька випадків, коли організми змінюються непередбаченими способами.

Пухлини, органоїди та клітинні лінії, які можуть нескінченно ділитися в чашці Петрі, як клітини HeLa, не вважаються частиною третього стану, оскільки вони не розвивають нових функцій. Проте дослідники виявили, що клітини шкіри, вилучені з померлих ембріонів жаби, змогли адаптуватися до нових умов чашки Петрі в лабораторії, спонтанно реорганізуючись у багатоклітинні організми, які називаються ксеноботами.

Ці організми демонстрували поведінку, що виходить далеко за рамки їх початкових біологічних ролей. Зокрема, ці ксеноботи використовують свої вії – маленькі, схожі на волосся структури – для навігації та пересування навколо, тоді як у живих ембріонів жаби вії зазвичай використовуються для переміщення слизу.

Ксеноботи також здатні виконувати кінематичне самовідтворення, тобто вони можуть фізично відтворювати свою структуру та функції без зростання. Це відрізняється від більш поширених процесів реплікації, які передбачають зростання всередині або на тілі організму.

Дослідники також виявили, що поодинокі клітини легенів людини можуть самостійно збиратися в мініатюрні багатоклітинні організми, які можуть пересуватися. Ці антроботи поводяться та структуровані по-новому. Вони не тільки здатні орієнтуватися в навколишньому середовищі, але й відновлюють як себе, так і пошкоджені нейронні клітини, розташовані поблизу.

У сукупності ці відкриття демонструють притаманну пластичність клітинних систем і кидають виклик ідеї про те, що клітини й організми можуть розвиватися лише заздалегідь визначеними шляхами. Третій стан передбачає, що смерть організму може відігравати значну роль у тому, як життя змінюється з часом.

Посмертні умови

Кілька факторів впливають на те, чи можуть певні клітини та тканини вижити та функціонувати після смерті організму. До них належать умови навколишнього середовища, метаболічна активність і методи збереження. Різні типи клітин мають різний час виживання. Наприклад, у людини лейкоцити гинуть між 60 і 86 годинами після смерті організму. У мишей клітини скелетних м’язів можуть відростати через 14 днів посмертно, тоді як клітини фібробластів овець і кіз можна культивувати приблизно через місяць після смерті.

Метаболічна активність відіграє важливу роль у тому, чи можуть клітини продовжувати виживати та функціонувати. Активні клітини, яким потрібна безперервна і значна кількість енергії для підтримки їх функціонування, важче культивувати, ніж клітини з меншими потребами в енергії. Такі методи збереження, як кріоконсервація, можуть дозволити зразкам тканин, таким як кістковий мозок, функціонувати, так само як і джерела живих донорів.

Внутрішні механізми виживання також відіграють ключову роль у тому, чи живуть клітини та тканини. Наприклад, дослідники спостерігали значне збільшення активності генів, пов’язаних зі стресом, і генів, пов’язаних з імунітетом, після смерті організму, що, ймовірно, компенсує втрату гомеостазу. Крім того, такі фактори, як травма, інфекція та час, що минув після смерті, значно впливають на життєздатність тканин і клітин.

Такі фактори, як вік, стан здоров’я, стать і тип виду, ще більше формують посмертний ландшафт. Це видно в проблемі культивування та трансплантації метаболічно активних клітин острівців, які виробляють інсулін у підшлунковій залозі, від донорів до реципієнтів. Дослідники вважають, що аутоімунні процеси, висока вартість енергії та деградація захисних механізмів можуть бути причиною багатьох невдач трансплантації острівців.

Як взаємодія цих змінних дозволяє певним клітинам продовжувати функціонувати після смерті організму, залишається незрозумілим. Одна з гіпотез полягає в тому, що спеціалізовані канали та насоси, вбудовані в зовнішні мембрани клітин, служать складними електричними ланцюгами.

Ці канали та насоси генерують електричні сигнали, які дозволяють клітинам спілкуватися одна з одною та виконувати певні функції, такі як ріст і рух, формуючи структуру організму, який вони утворюють.

Ступінь, до якої різні типи клітин можуть зазнавати трансформації після смерті, також невідома. Попередні дослідження показали, що специфічні гени, залучені до стресу, імунітету та епігенетичної регуляції, активуються після смерті у мишей, рибок даніо та людей, що свідчить про широкий потенціал трансформації серед різних типів клітин.

Значення для біології та медицини

Третій стан не тільки пропонує нове уявлення про адаптивність клітин. Це також відкриває перспективи для нових методів лікування.

Наприклад, антроботів можна отримати з живих тканин людини, щоб доставляти ліки, не викликаючи небажаної імунної відповіді. Сконструйовані антроботи, введені в організм, можуть потенційно розчиняти артеріальну бляшку у пацієнтів з атеросклерозом і видаляти надлишок слизу у пацієнтів з кістозним фіброзом.

Важливо, що ці багатоклітинні організми мають обмежену тривалість життя, природним чином деградуючи через чотири-шість тижнів. Цей «вимикач» запобігає зростанню потенційно інвазивних клітин.

Краще розуміння того, як деякі клітини продовжують функціонувати та перетворюються на багатоклітинні сутності через деякий час після загибелі організму, є перспективним для розвитку персоналізованої та профілактичної медицини.