科學家設計一種裝置，可通過截肢部位的「啟動」組織修復受損肢體

一組科學家設計了一種裝置，通過在截肢部位「啟動」組織修復，可以在成年水生非洲爪蛙（非洲爪蟾）中誘導部分後肢再生。他們的研究結果於11月6日發表在Cell Reports雜誌上，介紹了一種用於測試「電子療法」或細胞刺激療法的新模型。

塔夫茨大學艾倫探索中心的發育生物學家，資深作者邁克爾萊文說：「充其量，成年青蛙通常只會長出一條無特徵的，薄的，軟骨狀的穗狀花序。」 「我們的程序誘導了他們通常從未有過的再生反應，從而產生更大，更有條理的附屬物。生物反應器裝置觸發了非常複雜的下游結果，生物工程師無法直接進行微觀管理。」

科學家們將生物反應器用矽片3D列印出來並用水凝膠填充 - 這是一種粘稠的聚合物。他們將水凝膠與保濕絲蛋白結合，促進癒合和再生，然後加入黃體酮。孕激素因其在準備妊娠子宮中的作用而聞名，但該激素也被證明可以促進神經，血管和骨組織的修復。

研究人員將青蛙分成三組：實驗，控制和假。對於實驗組和假手術組，他們在肢體截肢後立即將該裝置縫合在青蛙身上。在實驗組中，生物反應器將黃體酮釋放到截肢部位。在所有情況下，他們在24小時後移除了設備。

當他們在9.5個月的不同時間點觀察實驗組青蛙時，他們注意到生物反應器似乎觸發了其他組中沒有觀察到的肢體再生程度。生物反應器處理代替了典型的尖峰狀結構，導致槳狀結構更接近完全形成的肢體而不是無輔助再生可能產生。

「生物反應器裝置為傷口創造了一個支撐環境，組織可以像胚胎髮育過程一樣生長，」Levin說。「生物反應器的簡短應用及其有效載荷引發了數月的組織生長和模式化。」

萊文和他的團隊使用分子和組織學分析仔細研究了再生結構。他們看到，與對照組和假手術組不同，生物反應器處理的青蛙的再生肢體更厚，骨骼更加發達，神經支配和血管化。分析他們坦克中青蛙的視頻片段，他們還注意到青蛙可以游得更像無人的青蛙。

RNA測序和轉錄組分析顯示生物反應器改變了截肢部位細胞中發生的基因表達。參與氧化應激，5-羥色胺能信號傳導和白細胞活性的基因被上調，而一些其他信號相關基因被下調。

研究人員還觀察到生物反應器處理的青蛙中的疤痕和免疫反應被下調，這表明添加的黃體酮以有利於再生過程的方式抑制了身體對損傷的自然反應。

「在複製及其新發現的大腦功能中，黃體酮的作用是局部或組織特異性的，」第一作者，塔夫茨大學Levin實驗室的神經科學家Celia Herrera-Rincon說。「我們用這種方法證明的可能是複製，大腦處理和再生比我們想像的更接近。也許它們共享一個共同的途徑和元素 - 到目前為止，還沒有完全理解 - 生物電子代碼。」

Levin的實驗室將繼續針對誘導脊髓再生和腫瘤重編程的生物電過程。他們還希望在哺乳動物中複製他們的生物反應器實驗。先前的研究表明，小鼠可以在適當的條件下部分再生截肢指尖，但它們在陸地上的生命阻礙了這一過程。

「幾乎所有好的再生器都是水生的，」萊文說。「你可以想像為什麼這很重要：滑鼠失去了手指或手，然後將精緻的再生細胞研磨成地板材料，當它四處走動時，不太可能經歷明顯的肢體再生。」

Levin計劃接下來為設備添加感測器以進行遠程監測和光遺傳學刺激，他希望這可以改善對受傷後細胞決策的控制。

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