學(xué)家用硅材料3D打印出新型生物反應(yīng)器 或讓肢體再生

目前，科學(xué)家最新設(shè)計(jì)一種生物反應(yīng)器，可以通過“啟動”身體組織來修復(fù)截肢部位，并在非洲爪蛙得以驗(yàn)證。這項(xiàng)研究發(fā)表在近期的《細(xì)胞報(bào)告》雜志上。研究報(bào)告合著作者、美國塔夫斯大學(xué)艾倫探索中心發(fā)育生物學(xué)家Michael Levin說：“通常情況下，成年爪蛙只能重新長出一根沒有生物特征的細(xì)長軟骨刺，我們的手術(shù)就是激活它們從未出現(xiàn)過的再生反應(yīng)，從而形成更大、更具結(jié)構(gòu)特征的附體。這種生物反應(yīng)器裝置引發(fā)非常復(fù)雜的肢體再生，是生物工程師無法直接微處理實(shí)現(xiàn)的?！?br />

科學(xué)家使用硅材料3D打印這種生物反應(yīng)器，在里面填充水凝膠。他們在水凝膠中加入促進(jìn)愈合和再生的蛋白質(zhì)，然后加入黃體酮。黃體酮已被證實(shí)可以促進(jìn)神經(jīng)、血管和骨組織修復(fù)。研究人員將這些爪蛙分成了3組：實(shí)驗(yàn)組、控制組和對照組。在控制組和對照組中，當(dāng)爪蛙被截肢后，立即對它們縫合了生物反應(yīng)器。而在實(shí)驗(yàn)組爪蛙中，不僅縫合了生物反應(yīng)器，還要求生物反應(yīng)器將黃體酮釋放到截肢部位。24小時之后，所有爪蛙都被移除了生物反應(yīng)器。

他們在9.5個月的時間里不同時間段，實(shí)驗(yàn)組爪蛙的生物反應(yīng)器似乎引發(fā)了某種程度的肢體再生，但在其他兩組中未觀察到該現(xiàn)象。Michael Levin說：“生物反應(yīng)器將對截肢傷口創(chuàng)建一個支持性環(huán)境，身體組織可以像胚胎階段那樣生長發(fā)育。非常短暫的生物反應(yīng)器應(yīng)用，載荷物質(zhì)將引發(fā)幾個月的組織和結(jié)構(gòu)生長?！?br />
此外，不同于控制組和對比組，接受生物反應(yīng)器治療的實(shí)驗(yàn)組爪蛙的再生肢體更結(jié)實(shí)，骨骼更發(fā)達(dá)，神經(jīng)和血管組織分布更廣泛。通過分析水池中爪蛙的視頻，他們注意到再生肢體爪蛙游動狀況更接近正常未截肢爪蛙。

RNA測序和轉(zhuǎn)錄組分析表明，生物反應(yīng)器改變了截肢部位細(xì)胞中的基因表達(dá)。基因涉及氧化應(yīng)激、血清素激活信號和白細(xì)胞活躍上調(diào)，而其他一些與信號相關(guān)的基因則下調(diào)。

同時，研究人員還觀察到，經(jīng)過生物反應(yīng)器處理過的爪蛙出現(xiàn)結(jié)疤和免疫反應(yīng)下調(diào)，這表明身體添加黃體酮抑制了身體對損傷的自然反應(yīng)，從而有利于再生過程。據(jù)悉，萊文實(shí)驗(yàn)室將繼續(xù)以誘導(dǎo)脊髓再生和腫瘤重編程的生物電過程為目標(biāo)。同時，他們希望在哺乳動物身體上復(fù)制這種生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)。之前研究表明，老鼠在適當(dāng)條件下部分再生被截肢趾尖，但是老鼠在陸地生活期間再生能力出現(xiàn)停滯。

Michael Levin說：“幾乎所有具有再生能力的動物都是水棲，而一只老鼠失去一根腳趾，在四處爬行時會將脆弱的再生細(xì)胞磨損，因此不太可能經(jīng)歷顯著的肢體再生?！蔽磥硌芯繄F(tuán)隊(duì)將在生物反應(yīng)器上添加傳感器，用于遠(yuǎn)程監(jiān)測和光發(fā)生刺激，希望改善損傷之后對細(xì)胞決策的控制。

來源：中國科學(xué)報(bào)