可穿戴药物输送装置帮助青蛙再生后肢

来自塔夫茨大学和佛罗里达大学的一组科学家发现,向截肢损伤部位输送黄体酮可以诱导非再生成人的肢体再生非洲爪蛙(非洲爪蟾蜍光滑的)研究小组在伤口部位制作了一个可穿戴的生物反应器,在24小时内局部释放黄体酮,并观察到黄体酮对组织再生有持久的有益作用,使青蛙的后肢部分再生。

非洲爪蛙在水箱中游泳的一种非洲爪蛙(爪蟾属)图片来源:Celia Herrera-Rincon /塔夫茨大学。

非洲爪蛙(非洲爪蟾蜍光滑的)在水箱里游泳。图片来源:Celia Herrera-Rincon /塔夫茨大学。

许多动物都有再生的能力——事实上,涡虫和海参在被切成碎片时,可以从碎片中完整地繁殖出来。

其他物种也会出现部分再生现象——蜥蜴会重新长出尾巴,一些螃蟹会重新长出爪子,鹿每年都会重新长出鹿角。

非洲爪子蛙在蝌蚪和蛙类阶段可以再生四肢,但随着它们发育成成人,这种能力逐渐丧失。直到现在,还不知道成年蛙是否能够做出显著的再生反应。

研究的资深作者说:“正常情况下,成年蛙只会长出一个没有特征的、细长的软骨刺。迈克尔·莱文教授他是塔夫茨大学艾伦发现中心的研究员。

“我们的程序诱导了一种再生反应,这是它们通常不会有的,这导致了更大、更有结构的附件。生物反应器设备引发了非常复杂的下游结果,生物工程师还无法直接对其进行微观管理。”

莱文教授和他的合著者3D打印出了硅的生物反应器,并用水凝胶填充它。

他们将水凝胶与水合丝蛋白结合,促进愈合和再生,然后补充孕酮它最为人所知的作用是为怀孕准备子宫,但它也被证明能促进神经、血管和骨组织的修复。

成年非洲爪蛙(Xenopus laevis)能够诱导增加的再生反应。图片来源:Herrera-Rincon et al, doi: 10.1016/j.celrep.2018.10.010。

成年非洲爪蛙(非洲爪蟾蜍光滑的)能引起再生反应增加。图片来源:Herrera-Rincon,doi:10.1016/j.celrep.2018.10.010。

“我们研究黄体酮是因为它显示出促进神经修复和再生的希望。它还调节免疫反应,促进愈合,并触发血管和骨骼的再生,”研究第一作者说Celia Herrera Rincon博士他是塔夫茨大学的博士后研究员。

“孕酮还可以调节细胞的生物电状态,这是由细胞通过其外膜的离子引起的,这被认为是驱动再生和身体模式的形成。”

研究人员将青蛙分成三组:实验组、对照组和假组。对于实验组和假手术组,他们在截肢后立即将设备缝在青蛙身上。

在实验组,生物反应器释放孕酮到截肢部位。在所有情况下,他们都在24小时后取出了设备。

当他们在9.5个月的不同时间点观察实验组青蛙时,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某种程度的肢体再生。

生物反应器处理的结果不是典型的尖峰状结构,而是桨状结构,更接近完全成形的肢体,而非单独再生。

莱文教授说:“生物反应器设备为伤口创造了一个支持性的环境,在那里,组织可以像胚胎发育时那样生长。”

“生物反应器及其有效载荷的短暂应用引发了数月的组织生长和模式形成。”

研究人员随后利用分子和组织学分析对再生的结构进行了进一步观察。

他们发现,与对照组和假手术组不同,经过生物反应器处理的青蛙的再生肢体更厚,骨骼、神经支配和血管化更发达。

通过分析水箱中青蛙的视频片段,他们还注意到青蛙可以像未计算的青蛙一样游泳。

研究发表在杂志上细胞的报道

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西莉亚Herrera-Rincon2018年。通过可穿戴生物反应器短暂局部应用孕酮可诱导成人长期再生反应非洲爪蟾蜍下肢。细胞的报道25 (6): 1593 - 1609;doi: 10.1016 / j.celrep.2018.10.010

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