一組科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種裝置，通過在截肢部位“啟動(dòng)”組織修復(fù)，可以在成年水生非洲爪蛙(非洲爪蟾)中誘導(dǎo)部分后肢再生。他們的研究結(jié)果于11月6日出現(xiàn)在Cell Reports雜志上，介紹了一種用于測(cè)試“電子療法”或細(xì)胞刺激療法的新模型。

“最好的情況是，成年青蛙通常只會(huì)長出一條無特征的，薄的，軟骨的穗狀花序，”塔夫斯大學(xué)艾倫探索中心的發(fā)育生物學(xué)家，高級(jí)作者邁克爾萊文說。“我們的程序誘導(dǎo)了他們通常從未有過的再生反應(yīng)，從而產(chǎn)生更大，更有條理的附屬物。生物反應(yīng)器裝置觸發(fā)了非常復(fù)雜的下游結(jié)果，生物工程師無法直接進(jìn)行微觀管理。”

科學(xué)家們用硅片將生物反應(yīng)器從硅片中打印出來，然后用水凝膠填充它 - 這是一種粘稠的聚合物球。他們將水凝膠與保濕絲蛋白結(jié)合，促進(jìn)愈合和再生，然后加入黃體酮。黃體酮以其在準(zhǔn)備妊娠子宮中的作用而聞名，但該激素也被證明可以促進(jìn)神經(jīng)，血管和骨組織的修復(fù)。

研究人員將青蛙分成三組：實(shí)驗(yàn)，控制和假。對(duì)于實(shí)驗(yàn)組和假手術(shù)組，他們?cè)谥w截肢后立即將該裝置縫合在青蛙身上。在實(shí)驗(yàn)組中，生物反應(yīng)器將黃體酮釋放到截肢部位。在所有情況下，他們?cè)?4小時(shí)后移除了設(shè)備。

當(dāng)他們?cè)?.5個(gè)月的不同時(shí)間點(diǎn)觀察實(shí)驗(yàn)組青蛙時(shí)，他們注意到生物反應(yīng)器似乎觸發(fā)了其他組中沒有觀察到的肢體再生程度。生物反應(yīng)器處理取代了典型的尖峰狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致槳狀結(jié)構(gòu)更接近完全形成的肢體而不是無輔助再生可能產(chǎn)生。

“生物反應(yīng)器裝置為傷口創(chuàng)造了一個(gè)支撐環(huán)境，組織可以像胚胎發(fā)育過程一樣生長，”萊文說。“生物反應(yīng)器的簡短應(yīng)用及其有效載荷引發(fā)了數(shù)月的組織生長和模式化。”

Levin和他的團(tuán)隊(duì)使用分子和組織學(xué)分析仔細(xì)研究了再生結(jié)構(gòu)。他們看到，與對(duì)照組和假手術(shù)組不同，生物反應(yīng)器處理的青蛙的再生肢體更厚，骨骼更加發(fā)達(dá)，神經(jīng)支配和血管化。分析他們坦克中青蛙的視頻片段，他們還注意到青蛙可以游得更像無人的青蛙。

RNA測(cè)序和轉(zhuǎn)錄組分析顯示，生物反應(yīng)器改變了截肢部位細(xì)胞中發(fā)生的基因表達(dá)。參與氧化應(yīng)激，5-羥色胺能信號(hào)傳導(dǎo)和白細(xì)胞活性的基因被上調(diào)，而一些其他信號(hào)相關(guān)基因被下調(diào)。

研究人員還觀察到生物反應(yīng)器處理的青蛙中的疤痕和免疫反應(yīng)被下調(diào)，這表明添加的黃體酮以一種有利于再生過程的方式抑制了身體對(duì)損傷的自然反應(yīng)。

“在復(fù)制及其新發(fā)現(xiàn)的大腦功能中，黃體酮的作用是局部的或組織特異性的，”第一作者，塔夫茨大學(xué)萊文實(shí)驗(yàn)室的神經(jīng)科學(xué)家Celia Herrera-Rincon說。“我們用這種方法展示的是，復(fù)制，大腦處理和再生可能比我們想象的更接近。也許它們共享一個(gè)共同的途徑和元素 - 迄今為止，尚未完全理解的生物電子代碼。”

Levin的實(shí)驗(yàn)室將繼續(xù)針對(duì)誘導(dǎo)脊髓再生和腫瘤重編程的生物電過程。他們還希望在哺乳動(dòng)物中復(fù)制他們的生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)。以前的研究表明，小鼠可以在適當(dāng)?shù)臈l件下部分再生截肢指尖，但它們?cè)陉懙厣系纳璧K了這一過程。

“幾乎所有好的再生器都是水生的，”萊文說。“你可以想象為什么這很重要：鼠標(biāo)失去手指或手，然后將精致的再生細(xì)胞研磨成地板材料，當(dāng)它四處走動(dòng)時(shí)，不太可能經(jīng)歷明顯的肢體再生。”

Levin計(jì)劃接下來在設(shè)備中添加傳感器以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和光遺傳學(xué)刺激，他希望這將改善對(duì)受傷后細(xì)胞決策的控制。