非洲爪蟾为什么变胖？神器可助力非洲爪蟾后肢再生

截肢前非洲爪蟾在水箱中游泳。

美国塔夫茨大学艾伦探索中心的科学家们设计了一种生物反应装置，可以通过在截肢部位启动组织修复，诱导成年非洲爪蟾部分后肢再生。论文于11月6日发表在《细胞报告》杂志上，该研究引入了一种测试“电子疗法”（细胞刺激疗法）的新模型。

塔夫茨大学艾伦探索中心的发育生物学家、通讯作者Michael Levin说：“一般来说，成年非洲爪蟾在截肢后只会再生出一根没有组织形态特征的、细长的软骨突出。我们的手术诱导了非洲爪蟾的再生反应，使其长出了更大、更具结构特征的后肢。”

科学家们用硅做材料，3D打印出了生物反应器，并在其中填充了水凝胶（一种粘性聚合物团），然后在水凝胶中加入可促进愈合和再生的蛋白质以及黄体酮。黄体酮最著名的作用是让子宫进入备孕状态，但也可以促进神经、血管和骨组织的修复。

研究人员将非洲爪蟾分成三组：实验组、对照组和空白组。实验组和空白组的非洲爪蟾均在截肢后立即缝合上生物反应器装置，24小时后将装置移除。不同的是，实验组的生物反应器会将黄体酮释放到截肢部位。

在9.5个月后的不同时间点再观察时，研究人员发现实验组的生物反应器似乎触发了非洲爪蟾某种程度的肢体再生。与典型的软骨突出结构不同，生物反应器处理的结果是在完全成形的肢体附近形成了一个桨状的结构，而不是单纯的再生。通过使用分子和组织学进一步分析非洲爪蟾再生的结构，Levin发现，实验组非洲爪蟾再生的后肢拥有更发达的骨骼、神经分布和血管形成，这与对照组和空白组不同。水箱中的游泳视频也证明了实验组的非洲爪蟾游起来更像未截肢的对照组。RNA测序和转录组分析显示，生物反应器改变了截肢部位细胞中的基因表达：参与氧化应激、血清素能信号传递和白细胞活动的基因上调；瘢痕和免疫反应下调，表明黄体酮抑制了机体对损伤的自然反应，有利于再生。

“生物反应器装置为伤口创造了一个支持性的环境，使组织可以像胚胎发育时那样生长。生物反应器及其有效载荷的简单应用引发了几个月的组织生长和模式形成。”Levin说。

第一作者、塔夫茨大学列文实验室的神经科学家Celia Herrera-Rincon说:“黄体酮在生殖和大脑中的作用都是局部或组织特异性的。我们现在用这种方法证明了，也许生殖、大脑处理信息和再生的过程比我们想象的更接近，它们有可能会共享生物电密码的通路和因子。

Levin的实验室将继续研究诱导脊髓再生和肿瘤重编程的生物电过程，并希望在哺乳动物身上复制他们的生物反应器实验。先前的研究表明，老鼠在适当的条件下可以部分再生被截肢的趾尖，但它们的陆地生活习性阻碍了这一过程。“几乎所有优秀的再生动物都是水生的，我们可以想象其中的原因，一只老鼠失去了一根脚趾或一只脚，四处走动时，脆弱的再生细胞会与地面摩擦，不太可能经历显著的肢体再生。”Levin说。

生物反应器装置引发了非常复杂的下游结果，生物工程师目前还不能直接进行微观操控。Levin计划下一步将在该设备上添加传感器，用于远程监测和光遗传学刺激，希望能够改善对损伤后细胞命运决定的控制。

编译：花花 审稿：alone 责编：唐林芳

期刊来源：《细胞报告》

原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/11/181106171813.htm

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