只需用药24小时 青蛙就长出新肢 人类还远吗？

凡人

只需用药24小时 青蛙就长出新肢 人类还远吗？


一些 " 不寻常的 " 生物如海星、螃蟹、蜥蜴和蝾螈等具有再生肢体的能力。长期以来，科学家们试图理解其中的原理，以探索人体组织再生的可能性，为截肢患者带来新的治疗方法。

据外媒报道，美国一研究团队使用了一种更直接、简单的方法实现了新突破，他们首次使用混合药物治疗，使成年蛙长出了功能齐全的肢体。

只需用药24小时 青蛙就长出新肢 人类还远吗？

↑非洲爪蛙的腿经过 24 小时的药物治疗后开始再生。

研究人员称，药物治疗的关键不在于 " 微观干预 "，而是利用细胞本身的能力，触发 " 休眠 " 细胞采取行动，从而实现了组织的构建与再生。

只需 24 小时药物治疗，再生肢体功能几乎齐全

在这一研究中，哈佛大学威斯研究所和塔夫茨大学的科学家团队设计了一种小型圆柱硅胶装置（ "BioDome"），该装置内部含有利于组织再生的五种药物混合物。研究人员切除了 115 只非洲爪蛙的右后腿，并在一部分青蛙的伤口处安装 "BioDome" 长达 24 小时，观察该组青蛙腿部生长情况以及和对照组的区别。

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↑ "BioDome" 装置

据研究，混合的五种药物有不同的作用，包括减少炎症，抑制产生疤痕的胶原蛋白生成，还能促进新神经纤维、血管和肌肉的生长。该研究于 26 日发表在《科学进展》杂志上。研究显示，接触混合药物装置的青蛙在 18 个月后长出了功能齐全的新后腿，包括骨骼组织，甚至肢体末端的脚趾状结构。而且，这些青蛙能够站立、游泳并且可以对触摸做出反应。

" 很高兴看到我们选择的药物帮助（青蛙）创造了一个几乎完整的肢体，" 研究作者之一、塔夫茨大学教授尼罗沙 · 穆鲁甘说道，" 只需短暂接触药物即可启动长达数月的再生过程。这一事实表明，青蛙和其他动物可能具有‘休眠的’再生能力。"

研究人员称，实验结果表明，成年蛙体内的细胞仍保留着组织构建的信息，可以通过触发这一 " 休眠机制 " 来促进新肢体的生成。" 细胞已经知道如何制造体内的所有器官——它们在胚胎发育期间做过一次，这些信息还没有消失，" 研究作者之一、塔夫茨大学艾伦探索中心主任迈克 · 莱文博士说道，" 真正实现再生医学的方法是利用身体细胞本身的集体智慧，而我们需要做的就是试图发现，触发细胞行动的因素是什么。"

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↑青蛙的再生组织。

据莱文博士介绍，研究中使用的药物组合及剂量只是团队的初步猜测。" 如果我们的初步实验就显示出这么好的结果，想象一下，几年后的最终优化版本会带来什么。" 他补充说药物的优化可能会更加完善再生肢体的功能，因为这批实验蛙的脚趾还没有实现再生。

将在哺乳动物身上测试，重点仍是刺激细胞发挥作用

研究团队称，利用细胞的 " 天然智能 " 来触发自然再生，为人类再生医学或修复学指明了方向，使人类 " 离再生医学的目标更近了一步 "。研究团队计划下一步将在老鼠等哺乳动物中进行该实验。

" 这项研究为再生医学带来了极其令人兴奋的消息，" 安斯泰来制药集团全球再生医学负责人鲍勃 · 兰扎说。" 虽然青蛙的再生能力比人类强得多，但此研究是非常关键的一步。通过药物和各种因素的正确组合，类似的方法可能会刺激人类组织的恢复或再生。"

莱文博士称，这种方法的临床试验仍然是一个遥远的目标，可能需要几十年的时间。因为人体肢体再生的一个挑战在于，身体往往会在伤口部位产生大量的疤痕组织，该组织有助于阻止失血并预防感染，但也防止了肢体组织的再生。

据报道，莱文博士此前和同事们还使用青蛙干细胞制造了自我复制的 " 活体机器人 "（"Xenobots"），该异种机器人也有望用于再生医学，解决创伤性损伤、先天缺陷等问题。和青蛙再生肢体实验研究相同，研究人员利用的均是细胞本身的功能。

" 青蛙腿部再生研究在某种程度上不仅仅限于肢体再生，" 莱文博士说，" 重点是研究触发细胞行为的因素，如果我们知道如何刺激细胞，那么我们应该能够构建我们想要的任何东西。"

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哈佛大学团队让成年青蛙腿再生，可实现感觉和运动，下一步将在哺乳动物中测试


许多生物至少具有使某些肢体完全再生的能力，例如蝾螈、海星、蜥蜴等。扁虫甚至可以被切成小块，每一块都可以重建一个完整的有机体。

人类能够通过新组织的生长来闭合伤口，其肝脏可以在损失 50% 后恢复到完整大小。但是，人类或哺乳动物的任何自然再生过程都无法恢复一个完整的肢体——一条手臂或一条腿。

近日，塔夫茨大学和哈佛大学威斯研究所的科学家们通过可穿戴生物反应器递送相关治疗药物，为成年非洲爪蟾重建了一条几乎功能齐全的腿。

相关研究以题为“Acute multidrug delivery via a wearable bioreactor facilitates long-term limb regeneration and functional recovery in adult Xenopus laevis”发表在 Science Advances 上。



非洲爪蟾是南非的一种水生青蛙，是一种非常重要的模式生物。在蝌蚪变态为青蛙阶段前，这种生物能够再生大部分组织，随着发育的成熟，其组织再生能力会逐渐下降。

对于自然无法再生四肢的成年青蛙，研究人员将五种化合物混合置于可穿戴生物反应器，包括 BMP（骨形态发生蛋白）、FGF（成纤维细胞生长因子）、Wnt、Shh（音猬因子，5 种刺猬因子中的一种，在调节脊椎动物器官发育中起关键作用）和 TGF-β（乙型转化生长因子）。每种药物都有不同的用途，包括抑制炎症，抑制会导致疤痕的胶原蛋白的产生，以及促进神经纤维、血管和肌肉的新生长。

首先，使用可穿戴生物反应器可以控制体内伤口的局部微环境；其次，这些化合物可以触发后续的级联反应。这五种化合物可诱导组织增长、运动功能的获得等。根据论文显示，在伤口处理24 h后，接受治疗的动物表现出明显的伤口闭合延迟，并经历了为期 18 个月的再生期，包括增加骨长度，软组织和神经肌肉修复。组织学上，再生肢体包括神经、平滑肌以及参与组织重塑的细胞外基质蛋白等。

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，具有更丰富的内部组织（包括神经元），以及从肢体末端长出的脚趾。但暂时未发现有骨骼支撑。

进一步试验表明，再生肢体能够移动并对刺激做出反应，例如来自僵硬纤维的触摸，青蛙能够利用再生肢体在水中游泳，就像正常青蛙一样移动。也就是说，非洲爪蟾的肢体能够通过短暂的靶向化学触发诱导进入持续再生状态，诱导方式不再限于基因治疗或者干细胞植入。



在这项研究中，科学家们也探索了短暂干预可能导致长期增长的机制。

在治疗后的最初几天内，他们检测到已知分子途径的激活，这些途径通常在胚胎发育过程中。这些途径的激活可以让肢体本身处理生长等过程，类似于其在胚胎中的发生方式，而不需要在肢体生长所需的数月内进行持续的治疗干预。

据塔夫茨大学的 Vannevar Bush 教授表示，研究小组接下来会测试上述疗法如何应用于哺乳动物中。

参考：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj2164

https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220126144001.htm


来源: 生辉