XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Морфо-физиологическая характеристика

Медицинская пиявка (HirudomedicinalisL.) относится к классу малощетинковых червей (Oligochaeta) подклассу настоящих пиявок (Euhirudinea) отряду бесхоботных пиявок (Arhynchobdellea), роду Hirudo.

Hirudo medicinalis L. обладает анатомической простотой, тело вытянутое в длину и сплющенное в спинно-брюшном направлении, на теле присутствуют 2 присоски: передняя и задняя. Передняя присоска помещается на нижней стороне головного конца и окружает рот. Задняя сильнее развитая присоска лежит на заднем конце тела; непосредственно над ней находится порошица.

Тело пиявки, как и у прочих кольчатых червей сегментированное, но есть существенное отличие – имеющиеся на нем узкие колечки не соответствуют настоящим сегментам, затрагивают лишь покровы и отчасти мускулатуру. На один настоящий сегмент приходится обыкновенно от 3 до 5 наружных колец. Количество сегментов в теле пиявок – 33-34, из которых четыре передних, сливаясь, дают переднюю присоску, а задняя присоска образована семью слившимися сегментами. По краям первых сегментов расположены пять пар глаз.

Окраска очень изменчива – от темно-бурой, иногда почти черной, до светло-зеленой. На спинной стороне часто более-менее четкий желтоватый или рыжевато-красный узор, образованный состоящими из многочисленных пятнышек полосок; по бокам тела явственные желто-бурые или оливковые полосы; брюхо оливковое, обычно с неправильными черными пятнышками [1,2]

Тело Hirudo состоит из кожно-мускульного мешка, который содержит несколько органов, погруженных в рыхлую соединительную ткань. Hirudo medicinalis характеризуется отсутствием сосудистой системы в мышечной стенке тела животного и наличием ботриоидальной ткани, расположенной в паренхиме между кишечником и стенками тела. Этак ткань участвует в ангиогенезе, а также выполняет миело/эритроидные функции и функции накопления. Она состоит из скоплений округлых многофункциональными ботриоидальными клетками, а также более мелких, уплощенных, эндотелиоподобными клеток [3]. Ткань может претерпевать функциональные и структурные модификации в ответ на различные потребности, возникающие в течение жизненного цикла животного. У здоровых пиявок ботриоидные клетки организованы в виде тяжей или скоплений. И наоборот, у раненых животных наблюдается переход ботриоидальной ткани от кластерных к полой / трубчатой архитектуре, типичной для предсосудистых структур [4].

Условия содержания в лабораторных условиях

HirudomedicinalisL. как модельный объект

Человеческие активаторы роста сосудистых клеток, либо антиангиогенные соединения могут вызывать быстрый биологический ответ у Hirudo. Из-за заметного сходства с биохимическими и морфологическими особенностями неоваскуляризации у позвоночных, предполагается, что взрослый Hirudo может быть полезной моделью для изучения на разных уровнях ангиогенных и васкулогенных процессов [3].

У Hirudo medicinalis L. образование новых кровеносных сосудов происходит двумя основными путями:

• васкулогенез, который характеризуется миграцией, пролиферацией и дифференцировкой эндотелиальных клеток; эти процессы приводят к образованию сосудистой сети, которая впоследствии реконструируется в зрелую;

• ангиогенез, включающий прорастание новых капилляров и отщепление от предварительно сформированных сосудов.

В физиологических условиях ангиогенез необходим для развития кровеносных сосудов у эмбриона, для обмена тканями в женской репродуктивной системе и для заживления ран; патологический ангиогенез участвует в патогенезе артрита, диабетической ретинопатии и солидной неоплазии.

Хирургические стимулы (например, исследование ткани или имплантация трансплантатов) или инъекция рекомбинантного фактора роста вызывают образование сети кровеносных сосудов, охватывающих всю стенку тела животного. Во время ангиогенеза ботриоидальная ткань меняет свою форму с плотного пучка клеток на трубчатую предсосудистую структуру в процессе расхождения. В этой системе ремоделирование сосудов характеризуется выраженными клеточными изменениями, т.е. уплощением, удлинением и растяжением обоих ботриоидных и эндотелиальных клеток.

Такие факторы, как роста эндотелия сосудов (VEGF), эпидермальный фактор роста (EGF), фактор роста фибробластов (bFGF) и гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-CSF) входят в число наиболее мощных ангиогенных факторов у пиявок, поскольку было показано, что введение рекомбинантных белков человека стимулирует ангиогенез в сосудистой мышечной ткани Hirudo medicinalis [5].

Медицинская пиявка также обладает обширным набором биологически активных белков, которые развились в результате экстремальных условий жизни и образа жизни гематофагов. Микробиом H. medicinalis играет решающую роль в физиологии и здоровье хозяина и жестко контролируется медицинской пиявкой или самим микробиомом. Разнообразие микробиоты обеспечивает хозяина уникальными соединениями иммунной защиты, такими как антимикробные пептиды. К АМП, выделяемыме микробиомом пиявки относят: pept_352, pept_1303, pept_1545, pept_84, pept_970 и pept_148. Идентифицированные АМП H. medicinalis  обладают сильной антимикробной активностью в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, включая Staphylococcus haemolyticus, условно–патогенный коагулазонегативный патоген, MRSA S. aureus ST 88, E. coli MG1655, B. subtilis 168HT. Дальнейшее изучение свойств AMP и понимание механизма действия таких соединений позволит глубже понять не только механизмы врожденной иммунной системы, но и облегчит разработку новых терапевтических средств [6]. 

Медицинская пиявка также служит модельным объектом для изучения врожденного иммунного ответа. Так, фактор воспаления-1-аллотрансплантата (AIF-1) и RNASET2 действуют как хемоаттрактанты для макрофагов и модулируют воспалительные процессы как у позвоночных, так и у беспозвоночных. Экспрессия этих белков значительно возрастает после бактериальной инфекции; однако механизмы, с помощью которых они регулируют врожденный иммунный ответ, все еще плохо определены. Как упоминалось ранее, имеет H. medicinalis ботриоидную и сосудисто-волокнистую ткани, из которых происходит большинство лейкоцитов. У здоровой медицинской пиявки несколько резидентных иммунокомпетентных клеток, таких как макрофаги, гранулоциты I и II типов и естественные клетки-киллеры, слабо представлены во внеклеточном матриксе, окружающем мышцы. Эти иммуноциты проявляют особенности и поведение, типичные для таковых у позвоночных. Кроме того, есть цитокинов, факторов роста и кластеров дифференцировочных белков (CDS) у пиявок, где они действуют как модуляторы этих процессов очень похожим образом по сравнению с позвоночными [7].

Hirudo medicinalis используется для изучения регенерации и заболеваний мышц. По сравнению с другими моделями беспозвоночных, H. medicinalis выигрывает от наличия закрытой кровеносно-сосудистой системы, которая позволяет реализовать эффективную иммунную стратегию и регенеративные процессы. Кольчатые черви регенерируют способом, более похожим на таковой у позвоночных и могут предоставить ценную информацию для усиления регенеративных способностей позвоночных.

У пиявок процесс регенерации начинается сразу после травмы, с воспалительной фазы, характеризующейся притоком макрофагов, которые удаляют мусор, "очищая" рану и высвобождая различные факторы роста.

Вторая, пролиферативная фаза состоит из процесса, характеризующегося фиброплазией, с миграцией фибробластов в рану и отложением нового коллагена, фибронектина и других компонентов матрикса. Эта фаза также характеризуется ангиогенезом с активным размножение эндотелиальных клеток и прорастание новых сосудистых капилляров из родительских сосудов. Это образование новой сосудистой сети требует выработки внеклеточного матрикса и деградации базальной мембраны, а также миграции, митоза и созревания эндотелиальных клеток. Кроме того, на этой фазе происходит реэпителизация, поскольку эпителиальные клетки мигрируют с периферии поражения и образуют тонкий слой эпителиальных клеток, перекрывающий рану.

Процесс заканчивается заключительной фазой ремоделирования, включающей деградацию коллагена и повторное отложение. На этом этапе общее количество коллагена в ране остается постоянным благодаря поддержанию баланса, апоптозу и дифференцировке фибробластов в миофибробласты. Через 1-2 месяца после травмы в поврежденной области появляются крошечные новые мышечные волокна [8].

Таким образом, Hirudo medicinalis является надежной моделью для изучения различных базовых процессов, таких как восстановление тканей, которое имеет поразительное сходство с реакциями позвоночных, для тестирования действия лекарств и генных продуктов, поскольку реакции, вызываемые различными стимулами, ясны и легко обнаруживаются благодаря их небольшому размеру и анатомической простоте.

Список литературы

1. Красуцкий Б.В., Гашек В.А. МЕДИЦИНСКАЯ ПИЯВКА - НОВЫЙ ВИД В ФАУНЕ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ // Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. Биология. Химия. 2023. №2.

2. Веремеев, В.Н. Зоология беспозвоночных: Практическое руководство по изучению тем: «Плоские, Круглые и Кольчатые черви» для студ. биологич. спец. вузов / В.Н. Веремеев, Н.Г. Галиновский, Г.Г. Гончаренко; Министерство образования РБ, Гомельский гос. ун-т им. Ф. Скорины. – Минск: Право и экономика, 2010. – 103 с.

3. de Eguileor M, Grimaldi A, Tettamanti G, Congiu T, Protasoni M, Reguzzoni M, Valvassori R, Lanzavecchia G. Ultrastructure and functional versatility of hirudinean botryoidal tissue. Tissue Cell. 2001 Aug;33(4):332-41.

4. Hirudo medicinalis: avascular tissues for clear-cut angiogenesis studies / M. de Eguileor, G. Tettamanti, A. Grimaldi [et al] // Current Pharmaceutical Design. – 2004. – Vol. 10. - № 16. – P. 1979 – 1988.

5. Grafskaia E, Pavlova E, Babenko VV, Latsis I, Malakhova M, Lavrenova V, Bashkirov P, Belousov D, Klinov D, Lazarev V. The Hirudo Medicinalis Microbiome Is a Source of New Antimicrobial Peptides. Int J Mol Sci. 2020 Sep 27;21(19):7141.

6. Baranzini N, Monti L, Vanotti M, Orlandi VT, Bolognese F, Scaldaferri D, Girardello R, Tettamanti G, de Eguileor M, Vizioli J, Taramelli R, Acquati F, Grimaldi A. AIF-1 and RNASET2 Play Complementary Roles in the Innate Immune Response of Medicinal Leech. J Innate Immun. 2019;11(2):150-167.

7. Grimaldi A, Banfi S, Bianchi C, Gabriella G, Tettamanti G, Noonan DM, Valvassori R, de Eguileor M. The leech: a novel invertebrate model for studying muscle regeneration and diseases. Curr Pharm Des. 2010;16(8):968-77.

8. Bobrovsky P, Manuvera V, Baskova I, Nemirova S, Medvedev A, Lazarev V. Recombinant Destabilase from Hirudo medicinalis Is Able to Dissolve Human Blood Clots In Vitro. Curr Issues Mol Biol. 2021 Nov 20;43(3):2068-2081.