科学家让青蛙再生出腿，运动能力可恢复 未来将在哺乳动物中测试

许多生物至少有能力完全再生一些身体,如蜥蜴、海星、蜥蜴等。扁虫甚至可以切成小块,每一块都可以重建一个完整的有机体。今天小编为你带来——科学家让青蛙再生出腿,运动能力也可恢复 未来将在哺乳动物中测试

人类可以通过新组织的生长来闭合伤口,其肝脏在损失50%后可以恢复到完整的大小。然而,人类或哺乳动物的任何自然再生过程都无法恢复完整的四肢——一只手臂或一条腿。

根据最新的研究数据,预计未来30年人类肢体缺失的发生率将大幅增加,每年约有360万人,如糖尿病患者、退伍军人、创伤幸存者和周围动脉疾病患者。虽然发展和再生医学领域取得了巨大进展,但仍难以实现整个复杂器官成功再生的目标。目前,临床医生仍缺乏促进组织恢复或逆转组织损失的有效手段。

许多生物,包括蜥蜴、海星、螃蟹和蜥蜴,至少有些四肢可以完全再生,扁虫甚至可以切成碎片,每一块都可以重建成一个完整的有机体。人类肝脏损失50%后,具有惊人的再生能力,几乎可以像扁虫一样恢复到原来的大小,但通过自然再生恢复动物肢体功能的可能性仍然遥不可及。

最近,塔夫茨大学和哈佛大学威斯研究所的科学家通过可穿戴生物反应器提供相关治疗药物,重建了一条几乎功能齐全的成人非洲爪蟾。

非洲爪蟾是南非的一种水生青蛙,是一种非常重要的生物模式。在蝌蚪变态为青蛙之前,这种生物可以再生大多数组织。随着发展的成熟,其组织再生能力将逐渐下降。

对于自然不能再生四肢的成年青蛙,研究人员将五种化合物混合在可穿戴生物反应器中,包括BMP(骨蛋白)、FGF(成纤维细胞生长因子)、Wnt、Shh(音猬因子、五种刺猬因子之一,在调节脊椎动物器官发育中起着关键作用)和TGF-β(B型转化生长因子)。每种药物都有不同的用途,包括抑制炎症、抑制疤痕胶原蛋白的产生、促进神经纤维、血管和肌肉的新生长。

首先,可穿戴生物反应器可以控制伤口的局部微环境;其次,这些化合物可以触发随后的级联反应。这五种化合物可以诱导组织生长、获得运动功能等。根据论文,受治疗的动物在伤口处理24小时后表现出明显的伤口闭合延迟,并经历了18个月的再生期,包括增加骨长度、软组织和神经肌肉修复。在组织学上,再生肢体包括神经、平滑肌和参与组织重塑的细胞外基质蛋白。

研究发现,经过处理的青蛙组织显著增长,重建了一条几乎功能齐全的腿。新肢体的骨骼结构与自然肢体的骨骼结构相似,内部组织(包括神经元)更丰富,脚趾从肢体末端生长。但没有骨骼支撑。

进一步的实验表明,再生肢体可以移动并对刺激作出反应,比如接触僵硬的纤维,青蛙可以像正常青蛙一样在水中游泳。换句话说,非洲爪蟾的四肢可以通过短暂的靶向化学触发诱导进入持续再生状态,诱导方法不再局限于基因治疗或干细胞植入。

在这项研究中,科学家们还探索了短期干预可能导致长期增长的机制。

在治疗后的头几天内,他们检测到已知的分子激活通常在胚胎发育过程中。这些激活方法可以使身体本身处理生长过程,类似于胚胎中的发生方式,而不需要在身体生长所需的几个月内进行持续的治疗干预。

综上所述,研究人员将截肢后的伤口包裹在生物反应器Biodome中,触发了非洲爪蟾的再生过程。Biodome含有丝蛋白凝胶和五种混合物。每种药物都有不同的功能,包括抑制炎症、抑制导致疤痕的胶原蛋白生成、促进神经纤维、血管和肌肉的新生长。这种组合和生物反应器提供了一个积极的信号,使受损组织倾向于再生水平。

再生组织和骨骼特征类似于自然肢体的骨骼结构,包括丰富的内部组织(包括神经元),并能对刺激作出反应。因此,该研究已成为恢复完整肢体功能的重要里程碑,并提示进一步探索药物和生长因子的组合可能使再生肢体功能更加完整。

看到我们选择的药物帮助创造一个几乎完整的四肢,这是非常令人兴奋的。事实上,只有短暂的药物接触才能启动几个月的再生过程,这表明青蛙和其他动物可能具有潜在的再生能力,可以激发这种再生能力。

接下来,我们将测试这种治疗方法是否也应用于哺乳动物,Biodome覆盖的开放伤口可以为再生过程的启动提供必要的第一个信号。

据塔夫茨大学Vannevarbush教授介绍,研究小组将测试上述疗法如何应用于哺乳动物。

来源：网络