學家用硅材料3D打印出新型生物反應器 或讓肢體再生

目前，科學家最新設計一種生物反應器，可以通過“啟動”身體組織來修復截肢部位，并在非洲爪蛙得以驗證。這項研究發(fā)表在近期的《細胞報告》雜志上。研究報告合著作者、美國塔夫斯大學艾倫探索中心發(fā)育生物學家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長軟骨刺，我們的手術就是激活它們從未出現(xiàn)過的再生反應，從而形成更大、更具結構特征的附體。這種生物反應器裝置引發(fā)非常復雜的肢體再生，是生物工程師無法直接微處理實現(xiàn)的?！?br />

科學家使用硅材料3D打印這種生物反應器，在里面填充水凝膠。他們在水凝膠中加入促進愈合和再生的蛋白質(zhì)，然后加入黃體酮。黃體酮已被證實可以促進神經(jīng)、血管和骨組織修復。研究人員將這些爪蛙分成了3組：實驗組、控制組和對照組。在控制組和對照組中，當爪蛙被截肢后，立即對它們縫合了生物反應器。而在實驗組爪蛙中，不僅縫合了生物反應器，還要求生物反應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器。

他們在9.5個月的時間里不同時間段，實驗組爪蛙的生物反應器似乎引發(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器應用，載荷物質(zhì)將引發(fā)幾個月的組織和結構生長?！?br />
此外，不同于控制組和對比組，接受生物反應器治療的實驗組爪蛙的再生肢體更結實，骨骼更發(fā)達，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，生物反應器改變了截肢部位細胞中的基因表達。基因涉及氧化應激、血清素激活信號和白細胞活躍上調(diào)，而其他一些與信號相關的基因則下調(diào)。

同時，研究人員還觀察到，經(jīng)過生物反應器處理過的爪蛙出現(xiàn)結疤和免疫反應下調(diào)，這表明身體添加黃體酮抑制了身體對損傷的自然反應，從而有利于再生過程。據(jù)悉，萊文實驗室將繼續(xù)以誘導脊髓再生和腫瘤重編程的生物電過程為目標。同時，他們希望在哺乳動物身體上復制這種生物反應器實驗。之前研究表明，老鼠在適當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隊將在生物反應器上添加傳感器，用于遠程監(jiān)測和光發(fā)生刺激，希望改善損傷之后對細胞決策的控制。

來源：中國科學報