断腿再生?
纵观整个自然界 , 只有蝾螈、海星等少数生物具有这个本领 。
但现在 , 来自美国塔夫茨大学和哈佛大学的科学家们 , 成功让原本也不能自然再生的青蛙长出了后肢 。
这个新后肢 , 不仅包括皮肤和骨骼 , 血管和神经组织也一个都不少 。
青蛙也能用这个新后肢 , 再次接近正常状态在水里游泳 。
这项研究成果刊登在最新一期的《Science Advances》 。
也许在遥远的未来 , 人类摆脱假肢 , 也不是不可能?
通过五种混合药物
本项实验用到青蛙是非洲爪蟾 。
其养殖费用低 , 周期短 , 是发展生物学中的模式动物(模式动物 , 就是被科学家专门选中用来做实验的动物) , 相信大家也不是第一次在科学实验中听到它们的名字了 。
在这项实验中 , 研究人员首先在青蛙断肢处装上一个硅胶制的生物反应器 。
反应器内含有丝基水凝胶(silk-based hydrogel) , 里面提供了五种混合药物 , 分别可以预防炎症、抑制生成可能导致瘢痕的胶原蛋白 , 以及促进神经纤维、血管和肌肉这三种组织的生长 (BDNF、1,4-DPCA、RD5、GH和RA) 。
然后让伤口在这些药物中暴露24小时 , 之后立刻摘下装置 , 不对青蛙们进行任何进一步干预 , 任由它们生活18个月(这组青蛙为MDT组) 。
在此期间 , 定期观察和评估青蛙后肢的再生情况 。
注意 , 24小时这个时间是有讲究的:
科学家观察到 , 那些具备肢体再生能力的水生动物 , 都能在这个时间内迅速在残端形成大量被称为“芽基”的干细胞 , 这些细胞用于重建失去的身体部位 。
同时这些细胞所在的伤口处会立即生长好皮肤细胞作保护 。
青蛙们需要在这个时间内快速让药物“吸收”进身体 。
陆地上可再生肢体的动物由于接触空气或地面 , 一般都需要数天到数周完成伤口的愈合 。
除此之外 , 还有两个对照组 , 一组只在24小时内给青蛙们装上只含有丝基水凝胶、不含任何药物的反应器(BD组) , 另一组则什么都不装 , 直接进入生长室(ND组) 。
结果如下图所示:
可以看到 , 最下面的MDT组 , 也就是用了五种药物的断肢青蛙在2.5月的时间内就长出了更长的组织(红色虚线为截肢处) 。
在4个月时 , 延伸处形成了血管化结构;在9个月时 , 形成了类似“脚趾”状的突起 , 并在第18个月时长得更像了 。
这些在BD组和ND组都没有出现 。
CT扫描显示 , MDT组长出了一段与自然肢体相似的骨骼结构 , 以及一段弥漫性骨骼(diffuse bone , 粉色箭头处) 。
同时 , MDT组青蛙的新肢体在受到机械探针的刺激时 , 会引发强烈的踢腿反应 , 说明其神经细胞的存在 。
此外 , 这些青蛙在游向食物、避障等活动中表现得比另外两组更加灵活 。
下一步:哺乳动物
在此之前 , 这个团队也做过类似实验 , 只用了一种药物(黄体酮)也可以促进青蛙断肢生长 。
只不过新肢体只能呈尖峰状生长 , 与本次实验所得的形状和功能更正常的结果相去甚远 。
接下来 , 该团队将进一步探索药物和生长因子的组合 , 让青蛙再生肢体的形状和功能更加完整 , 比如具有更像的蹼、脚趾、更详细的骨骼和肌肉特征 。
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