生物反应器装置帮助青蛙再生腿部

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，可以在成年水生非洲爪蛙(非洲爪蟾)中诱导部分后肢再生。他们的研究结果于11月6日出现在Cell Reports杂志上，介绍了一种用于测试“电子疗法”或细胞刺激疗法的新模型。

“最好的情况是，成年青蛙通常只会长出一条无特征的，薄的，软骨的穗状花序，”塔夫斯大学艾伦探索中心的发育生物学家，高级作者迈克尔莱文说。“我们的程序诱导了他们通常从未有过的再生反应，从而产生更大，更有条理的附属物。生物反应器装置触发了非常复杂的下游结果，生物工程师无法直接进行微观管理。”

科学家们用硅片将生物反应器从硅片中打印出来，然后用水凝胶填充它 - 这是一种粘稠的聚合物球。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。黄体酮以其在准备妊娠子宫中的作用而闻名，但该激素也被证明可以促进神经，血管和骨组织的修复。

研究人员将青蛙分成三组：实验，控制和假。对于实验组和假手术组，他们在肢体截肢后立即将该装置缝合在青蛙身上。在实验组中，生物反应器将黄体酮释放到截肢部位。在所有情况下，他们在24小时后移除了设备。

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其他组中没有观察到的肢体再生程度。生物反应器处理取代了典型的尖峰状结构，导致桨状结构更接近完全形成的肢体而不是无辅助再生可能产生。

“生物反应器装置为伤口创造了一个支撑环境，组织可以像胚胎发育过程一样生长，”莱文说。“生物反应器的简短应用及其有效载荷引发了数月的组织生长和模式化。”

Levin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，生物反应器处理的青蛙的再生肢体更厚，骨骼更加发达，神经支配和血管化。分析他们坦克中青蛙的视频片段，他们还注意到青蛙可以游得更像无人的青蛙。

RNA测序和转录组分析显示，生物反应器改变了截肢部位细胞中发生的基因表达。参与氧化应激，5-羟色胺能信号传导和白细胞活性的基因被上调，而一些其他信号相关基因被下调。

研究人员还观察到生物反应器处理的青蛙中的疤痕和免疫反应被下调，这表明添加的黄体酮以一种有利于再生过程的方式抑制了身体对损伤的自然反应。

“在复制及其新发现的大脑功能中，黄体酮的作用是局部的或组织特异性的，”第一作者，塔夫茨大学莱文实验室的神经科学家Celia Herrera-Rincon说。“我们用这种方法展示的是，复制，大脑处理和再生可能比我们想象的更接近。也许它们共享一个共同的途径和元素 - 迄今为止，尚未完全理解的生物电子代码。”

Levin的实验室将继续针对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中复制他们的生物反应器实验。以前的研究表明，小鼠可以在适当的条件下部分再生截肢指尖，但它们在陆地上的生命阻碍了这一过程。

“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：鼠标失去手指或手，然后将精致的再生细胞研磨成地板材料，当它四处走动时，不太可能经历明显的肢体再生。”

Levin计划接下来在设备中添加传感器以进行远程监测和光遗传学刺激，他希望这将改善对受伤后细胞决策的控制。