哈佛大学让青蛙断腿再生:有骨头有血管 对刺激物还会产生强烈踢腿反应

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。

哈佛大学让青蛙断腿再生:有骨头有血管 对刺激物还会产生强烈踢腿反应

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》。

哈佛大学让青蛙断腿再生:有骨头有血管 对刺激物还会产生强烈踢腿反应

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。

哈佛大学让青蛙断腿再生:有骨头有血管 对刺激物还会产生强烈踢腿反应

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)。

哈佛大学让青蛙断腿再生:有骨头有血管 对刺激物还会产生强烈踢腿反应

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:

哈佛大学让青蛙断腿再生:有骨头有血管 对刺激物还会产生强烈踢腿反应

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)。

哈佛大学让青蛙断腿再生:有骨头有血管 对刺激物还会产生强烈踢腿反应

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。

再往后,他们还将测试这个方案如何应用于哺乳动物。

论文地址:

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

参考链接:

https://www.eurekalert.org/news-releases/940952

米粒
  • 本文由 发表于 2022年2月11日12:20:16
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