科学家使青蛙失去的腿再生

成年青蛙天生无法再生四肢，研究人员通过将五种药物混合在硅胶可穿戴生物反应器圆顶中，将长生不老药密封在残肢上仅24小时，就能激发失去的腿的再生。这个简短的治疗开始了18个月的再生期，恢复了一条有功能的腿。

许多生物至少有部分肢体能够完全再生，包括蝾螈、海星、螃蟹和蜥蜴。扁虫甚至可以被切成碎片，每一片都能重建一个完整的有机体。人类有能力用新的组织生长来缝合伤口，我们的肝脏有一种了不起的，几乎像扁虫一样的能力，可以在损失50%后再生到完全大小。

但是，在人类或哺乳动物中，失去一个大的、结构复杂的肢体——一只胳膊或一条腿——是无法通过任何自然再生过程恢复的。事实上，我们倾向于用一团无定形的疤痕组织覆盖重大损伤，防止它进一步失血和感染，并防止进一步生长。

启动再生

塔夫茨大学的研究人员通过将非洲爪蛙的伤口包裹在一个硅胶帽中，触发了再生过程，他们称之为“生物圆顶”，其中含有一种装有五种药物鸡尾酒的丝蛋白凝胶。

每种药物都有不同的作用，包括抑制炎症，抑制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的环境和信号，使鳞片偏离了关闭残肢的自然趋势，转向了再生过程。

研究人员在许多接受治疗的青蛙身上观察到组织的急剧增长，重新创造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，内部组织(包括神经元)更丰富，尽管没有底层骨骼的支持，但从肢体的末端长出了几个“脚趾”。

再生的肢体会移动，并对刺激做出反应，比如来自坚硬纤维的触摸，青蛙能够利用它在水中游泳，就像正常的青蛙一样。

这篇论文的第一作者、塔夫茨艾伦发现中心的研究人员尼罗沙·穆鲁甘说:“看到我们选择的药物有助于创造几乎完整的肢体，这令人兴奋。”“事实上，只需要短暂地接触药物，就可以启动长达数月的再生过程，这表明青蛙和其他动物可能具有休眠的再生能力，可以被触发到行动中。”

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

激活这些通路可以让生长和组织组织的负担由肢体本身来处理，类似于在胚胎中发生的情况，而不需要在肢体生长的几个月里进行持续的治疗干预。

生物穹窿是如何工作的

具有再生能力的动物大多生活在水生环境中。失去肢体后，生长的第一个阶段是在残肢末端形成一团干细胞，称为胚基，用来逐渐重建失去的身体部分。

伤口在受伤后的24小时内迅速被皮肤细胞覆盖，保护下面正在重建的组织。

该研究的合著者、塔夫茨大学斯特恩家族工程学教授大卫·卡普兰说:“哺乳动物和其他再生动物的伤口通常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愈合疤痕组织。”“在头24小时内使用生物圆顶帽有助于模拟类似羊膜的环境，再加上正确的药物，可以让重建过程在没有疤痕组织干扰的情况下进行。”

青蛙和哺乳动物的下一步研究

塔夫茨大学研究小组先前的研究表明，使用生物穹顶的单一药物黄体酮能显著促进肢体生长。然而，由此产生的肢体长得像一个尖刺，与目前研究中获得的更正常的形状、功能肢体相去甚远。

五种药物鸡尾酒代表了恢复青蛙四肢功能的一个重要里程碑，并表明进一步探索药物和生长因子组合可能会导致重新生长出功能更完整的四肢，具有正常的手指、蹼和更详细的骨骼和肌肉特征。

“我们接下来将测试这种治疗方法如何应用于哺乳动物，”通讯作者迈克尔·莱文(Michael Levin)说，他是艺术与科学学院Vannevar Bush生物学教授，塔夫茨艾伦发现中心主任，Wyss研究所的副教授。

他说:“在生物圆顶下的液体环境中覆盖开放的伤口，加上合适的药物鸡尾酒，可以提供必要的第一个信号，使再生过程启动。”“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构建其身体结构所需的信息。”