科学子刊:肢体再生！

来源：生物世界2022-01-28 17:58

根据最新研究数据，未来30年，人类肢体缺失的发病率预计将大幅增加，每年影响约360万人，如糖尿病患者、退伍军人、创伤幸存者和外周动脉疾病患者。尽管在发育和再生医学领域取得了很大的进展，但要实现整个复杂器官成功再生的目标仍然很困难。目前，临床医生仍缺乏促进组织恢复或逆转组织丢失的有效手段。包括火蜥蜴、海星、螃蟹和蜥蜴。

根据最新研究数据，未来30年，人类肢体缺失的发病率预计将大幅增加，每年影响约360万人，如患者、退伍军人、创伤幸存者和外周动脉疾病患者。虽然在开发和领域上取得了很大的进展，但仍然很难实现成功再生整个复杂器官的目标。目前，临床医生仍缺乏促进组织恢复或逆转组织丢失的有效手段。

许多生物，包括蝾螈、海星、螃蟹和蜥蜴，至少可以完全再生一些肢体，扁虫甚至可以被切成碎片，每一个都可以重建成一个完整的有机体。损失50%后，人的肝脏有惊人的再生能力，几乎像扁虫一样，几乎可以恢复到原来的大小。然而，通过自然再生恢复动物肢体功能的可能性还很遥远。

来自塔夫茨大学和美国其他单位的科学家在《科学进展》杂志上发表了一篇研究论文，题为“通过可穿戴生物反应器设施对成年非洲爪蟾进行急性多药输送：长期肢端再生和功能恢复”。他们的研究发现，不可再生的成年非洲爪蟾可以通过短生物反应器诱导到持续的再生状态，从而恢复其潜在的再生能力，对失去的肢体进行再生和重塑。

再生组织由皮肤、骨骼、血管系统和神经组成，其复杂性和感觉运动能力远远超过未经处理的动物。另外，这种诱导方法不需要植入，同时会在分子、细胞和组织层面产生变化，从而恢复肢体形态和感觉运动功能，使我们离目标又近了一步。

首先，研究人员切除了成年非洲爪蟾的后肢，并安装了一个名为BioDome的丝水凝胶装置，该装置包含单独的丝水凝胶(BD)或五种再生化合物(BDNF、1，4-DPCA、RD5、GH和RA)的水凝胶，后者统称为MDT(多药治疗)。对照组动物被截肢并返回生长室，不进行治疗(nd)。24小时后，设备被移除，动物持续了18个月，没有进一步的干预。研究人员定期评估后肢的再生。

在18个月的再生周期中，各组再生软组织的长度均有所增加，但与其他组相比，经多种药物处理的动物表现出更大、更复杂的软组织生长。这种软组织生长的显著增加早在截肢后2周就观察到了，这种优势一直持续到最后。这些数据表明，在截肢部位局部应用MDT可以诱导更大和更持久的再生反应。

多种药物治疗增加截肢后的骨生长和重塑。

为了表征再生的内部结构，他们分析了骨骼的生长和模式。

三维CT扫描显示，与未治疗组相比，多药治疗组截肢平面骨生长明显增加。他们进一步分析了解剖特征，如骨体积和小梁密度，以确定新骨的复杂性。与其他组相比，经MDT处理的动物显示出更大的骨体积和小梁密度。同时，与其他组相比，MDT组的骨长早在截肢后4个月就开始增加，8个月左右生长曲线明显。这些观察结果表明，仅在伤口放置24小时后，MDT治疗就能诱导显著的骨再生和重塑。

为了深入了解MDT治疗的机制，他们在不同时间点对MDT动物和nd动物的早期组织取样，并分析转录组。结果表明，与截肢后7天的组织相比，11小时组织中的基因表达谱发生了显著变化。利用MDT和nd显著不同的基因，它们丰富了显著上调和显著下调的信号通路。

进一步的基因集富集分析表明，组织中前15个高度上调的信号通路与神经调节、炎症信号转导和细胞形态发生有关。对神经特异性激活相关基因组的进一步研究表明，脑特异性激酶、神经肽表达、多巴胺受体和神经球蛋白在截肢后11小时达到高峰，然后在24小时和7天后下降。

有趣的是，他们还观察到参与胚胎前后轴发育的基因Wnt7a在11小时后上调，7天后进一步上调。关键的促再生炎症基因，如TGFB、PTGS2、IL1B和FOXP2，分别在11小时和24小时高表达，但在7天后消失。(100yiyao.com)

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