青蛙的“再生医疗”? 5 种鸡尾酒药物组合使断肢重生

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壁虎、蝾螈的断肢再生能力是自然界罕见现象,这些生物多为水生生物,透过特定“再生”基因调控,使断肢末端形成大量干细胞组成芽体(blastema),生物便能短时间内在受伤部位长成相同组织或构造。

美国塔夫茨大学(Tufts University)团队近期对青蛙进行实验,发现 5 种药物组合的“鸡尾酒疗法”可以使成体青蛙肢干重生,只需要 24 小时治疗,就能开启青蛙 18 个月的肢干再生期。研究结果发布于《Science Advances》。

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穿戴式设备,装载促进再生药物组合

研究团队将 5 种药物组合装于可穿戴的生物反应器 BioDome cap 中,此反应器为一种小的、帽子形状设备,穿戴于截肢部位不会受疤痕组织影响。反应器内含有水凝胶,模拟类似羊膜的水生环境藉以减少伤口与空气接触,同时局部释放药物,使药物缓慢释出。

药物组合包含以下 5 项:

  1. 脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF),已证实可增加啮齿动物背根神经节与周边神经轴突数量,并恢复其运动功能。
  2. 生长激素(growth hormone, GH),可在没有没有脑下垂体调控的条件下促进生物再生能力;脑下垂体为掌管激素分泌的中枢。
  3. 1,4-DPCA,抑制胶原蛋白过度累积,也是促进血管生成的诱导剂。
  4. Resolvin D5,抗发炎药物。
  5. 维他命 A 酸(retinoic acid),一种形态素(morphogen),可在生物体内发挥远距离讯息调控作用,已知与脊椎动物肢干发育密切相关。

“青蛙”是理想实验动物?

塔夫茨大学 Michael Levin 教授说道,本研究采用青蛙为实验动物的原因是,青蛙和人类一样再生能力不强,且青蛙的脊椎构造能使生物反应器连接着,用于即时观察装置侦测青蛙肢干的感应与移动情形。

不过现阶段实验的肢干再生需要一年半左右,时间因素对于筛选合适药物是一个阻碍。将来该研究团队会将此种药物组合延伸至小鼠模型试验,以进一步了解与哺乳动物的组织再生机制异同之处,将来可能成为人类因疾病或伤害而断肢者的福音。

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参考资料:
1. Sciences Advances, 2022; https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj2164
2. https://now.tufts.edu/articles/scientists-regrow-frog-s-lost-leg

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