通过在树桩上的可穿戴生物反应器管理的五种药物混合物对青蛙进行了短暂的治疗，能够再生出有功能的、几乎完整的肢体。

对于数百万因糖尿病和创伤等原因失去四肢的患者来说，通过自然再生恢复功能的可能性仍然遥不可及。腿和手臂的再生仍然是蝾螈和超级英雄的领地。

但在《科学进展》杂志上发表的一项研究中 ，塔夫茨大学和哈佛大学威斯研究所的科学家让我们离再生医学的目标更近了一步。

对于自然无法再生四肢的成年青蛙，研究人员能够使用五种药物混合物触发失去的腿的再生，该混合物应用于硅胶可穿戴生物反应器圆顶，将长生不老药密封在树桩上仅 24 小时。这种短暂的治疗启动了为期 18 个月的再生期，以恢复功能性腿。

许多生物至少有部分肢体具有完全再生的能力，包括蝾螈、海星、螃蟹和蜥蜴。扁虫甚至可以被切成小块，每一块都可以重建一个完整的有机体。人类能够通过新组织的生长来闭合伤口，我们的肝脏具有非凡的、几乎类似于扁虫的能力，可以在损失 50% 后恢复到完整大小。

但是，人类或哺乳动物的任何自然再生过程都无法恢复失去一个大而结构复杂的肢体——一条手臂或一条腿。事实上，我们倾向于用无定形的疤痕组织覆盖重大伤害，保护它免受进一步失血和感染，并防止进一步生长。

正常的非洲爪蛙。学分：Pouzin Olivier

启动再生

塔夫茨大学的研究人员通过将伤口封闭在硅胶帽中触发了非洲爪蛙的再生过程，他们称之为 BioDome，其中包含装有五种药物混合物的丝蛋白凝胶。

每种药物都有不同的用途，包括抑制炎症，抑制会导致疤痕的胶原蛋白的产生，以及促进神经纤维、血管和肌肉的新生长。这种组合和生物反应器提供了一个局部环境和信号，使天平从关闭树桩的自然趋势转向再生过程。

研究人员观察到许多经过处理的青蛙组织的显着增长，重建了一条几乎功能齐全的腿。新肢体的骨骼结构与自然肢体的骨骼结构相似，具有更丰富的内部组织（包括神经元），并且从肢体末端长出几个“脚趾”，尽管没有下面的骨骼支撑。

再生的肢体移动并对刺激做出反应，例如来自坚硬纤维的触摸，青蛙能够利用它在水中游泳，就像正常青蛙一样移动。

MDT 动物的软组织从 8 mpa 起始终长于 BD 或 ND [F(2,19) = 61.9, P 信用：穆鲁根等。等，2022 年科学进展，DOI：10.1126/sciadv.abj2164

“很高兴看到我们选择的药物有助于创造一个几乎完整的肢体，”塔夫茨艾伦探索中心的研究附属机构、该论文的第一作者 Nirosha Murugan 说。“只需短暂接触药物即可启动长达数月的再生过程，这一事实表明，青蛙和其他动物可能具有休眠的再生能力，可以触发行动。”

研究人员探索了短暂干预可能导致长期增长的机制。在治疗后的最初几天内，他们检测到已知分子途径的激活，这些途径通常用于发育中的胚胎以帮助身体形成。

这些途径的激活可以让肢体本身处理生长和组织组织的负担，类似于它在胚胎中的发生方式，而不需要在肢体生长所需的数月内进行持续的治疗干预。

BioDome 的工作原理

自然能够再生的动物大多生活在水生环境中。失去肢体后的第一个生长阶段是在残端末端形成称为胚芽的大量干细胞，用于逐渐重建失去的身体部位。伤口在受伤后的最初 24 小时内迅速被皮肤细胞覆盖，从而保护下方的重建组织。

“哺乳动物和其他再生动物的伤口通常会暴露在空气中或与地面接触，它们可能需要几天到几周的时间才能与疤痕组织闭合，”塔夫茨大学斯特恩家族工程学教授大卫卡普兰说。该研究的作者。“在最初的 24 小时内使用 BioDome 帽有助于模拟类似羊膜的环境，该环境与正确的药物一起，可以在不受疤痕组织干扰的情况下进行重建过程。”

青蛙和哺乳动物的下一步

Tufts 团队之前的工作表明，使用 BioDome 的单一药物黄体酮引发了显着程度的肢体生长。然而，由此产生的肢体长成了一个尖峰，与当前研究中实现的更正常形状、功能性肢体相去甚远。

五种药物混合物代表着恢复功能齐全的青蛙肢体的一个重要里程碑，并表明进一步探索药物和生长因子组合可能会导致再生的肢体功能更加完整，具有正常的手指、织带和更详细的骨骼和肌肉特征。

“接下来我们将测试这种治疗如何应用于哺乳动物，”通讯作者、艺术与科学学院 Vannevar Bush 生物学教授、塔夫茨大学艾伦探索中心主任、该学院的副教授迈克尔·莱文说。维斯研究所。

“在 BioDome 下用液体环境覆盖开放性伤口，并使用正确的药物混合物，可以提供必要的第一信号，以启动再生过程，”他说。“这是一种专注于触发休眠的、固有的解剖模式程序的策略，而不是对复杂的生长进行微观管理，因为成年动物仍然拥有制造身体结构所需的信息。”

参考文献：Nirosha J. Murugan、Hannah J. Vigran、Kelsie A. Miller、Annie Golding、Quang L. Pham、Megan M 的“通过可穿戴生物反应器进行急性多药递送促进成年非洲爪蟾的长期肢体再生和功能恢复” . Sperry、Cody Rasmussen-Ivey、Anna W. Kane、David L. Kaplan 和 Michael Levin，2022 年 1 月 26 日，科学进展。
DOI: 10.1126/sciadv.abj2164