生物反应器装置帮助青蛙再生腿

一组科学家设计了一种装置，通过在截肢部位“启动”组织修复，诱导成年水生非洲爪蟾(非洲爪蟾)的部分后肢再生。他们的研究成果发表在11月6日的《细胞报告》上，介绍了一种测试“电子疗法”或细胞刺激疗法的新模式。

塔夫茨大学艾伦探索中心的发育生物学家和资深作者迈克尔莱文说：“成年青蛙通常最多只会长出一根无特征的薄软骨刺。”“我们的程序诱导了一种再生反应，这是它们以前从来没有过的，导致了更大和更有组织的附属物。生物反应器设备引发非常复杂的下游结果，生物工程师无法直接进行微观管理。”科学家用硅片3D打印出生物反应器，并在其中填充水凝胶——一种粘性聚合物。他们将水凝胶与保湿丝蛋白结合，促进愈合和再生，然后加入黄体酮。黄体酮因其在准备子宫怀孕方面的作用而闻名，但这种激素也被证明可以促进神经、血管和骨组织的修复。

研究人员将青蛙分为三组：实验组、对照组和假组。对于实验组和假手术组，他们在断肢后立即将装置缝在青蛙身上。在实验组中，生物反应器将孕酮释放到截肢部位。在所有情况下，他们在24小时后移除设备。当他们在9.5个月的不同时间点观察实验组的青蛙时，他们注意到生物反应器似乎触发了在其他组中没有观察到的肢体再生程度。生物反应器治疗取代了典型的钉状结构，导致桨状结构比没有辅助再生的可能性更接近完全形成的肢体。“生物反应器设备为伤口创造了一个支持环境，组织可以像胚胎发育过程一样生长，”莱文说。"生物反应器及其有效载荷的短暂应用引发了几个月的组织生长和模式化."

莱文和他的团队使用分子和组织学分析仔细研究了再生结构。他们看到，与对照组和假手术组不同，经生物反应器处理的青蛙再生肢体更粗，骨骼更发达，神经得到神经支配和血管化。分析他们坦克中青蛙的视频剪辑，他们还注意到青蛙可以像无人驾驶的青蛙一样游泳。RNA测序和转录组分析表明，生物反应器改变了截肢细胞中的基因表达。参与氧化应激、血清素能信号和白细胞活性的基因被上调，而其他一些信号相关基因被下调。

研究人员还观察到，用生物反应器处理的青蛙的疤痕和免疫反应被下调，这表明添加的孕酮抑制了身体对损伤的自然反应，这有利于再生过程。“在复制及其新发现的大脑功能中，孕酮的作用是局部或组织特异性的，”第一作者、塔夫茨大学莱文实验室神经科学家西莉亚埃雷拉-林孔说。“我们通过这种方式证明的可能是复制，大脑处理和再生比我们想象的更接近。也许他们有一个共同的方法和元素——迄今为止，他们还没有完全理解——生物电子代码。”

莱文的实验室将继续专注于诱导脊髓再生和肿瘤重编程的生物电过程。他们还希望在哺乳动物身上复制他们的生物反应器实验。此前的研究表明，在适当的条件下，小鼠可以部分再生被截肢的指尖，但它们在陆地上的生活阻碍了这一过程。“几乎所有好的再生器都是水生的，”莱文说。“你可以想象为什么这很重要：老鼠失去手指或手，然后将精致的再生细胞磨成地板材料。当它四处走动时，不太可能出现明显的肢体再生。”莱文计划在设备中添加传感器，用于远程监控和光遗传学刺激，他希望这将改善受伤后对细胞决策的控制。

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