Ny behandling hjelper frosker med å regenerere lemmer med fungerende nerver på bare 18 måneder

MDT-bilder viser sår som fikk den nye behandlingen. (N. Murugan, et al., Science Advances, 2022)

Kroppene våre forbinder oss med verden. Når folk mister deler av kroppen på grunn av sykdom eller traumatisk skade, føler de ofte at de har mistet en del av den de er, til og med opplever en sorg i likhet med å miste en kjær .

Deres følelse av personlig tap er rettferdiggjort fordi ulik salamandere eller snertne tegneseriefigurer som Deadpool , voksent menneskelig vev regenereres vanligvis ikke - tap av lemmer er permanent og irreversibelt.

Eller er det?



Mens det har vært betydelige fremskritt i protetiske og bioniske teknologier for å erstatte tapte lemmer, kan de ennå ikke gjenopprette en følelse av berøring, minimere følelsen av fantomsmerter eller matche egenskapene til naturlige lemmer. Uten å rekonstruere selve lemmen, vil en person ikke være i stand til å føle berøringen av en kjær eller varmen fra solen.

Vi er forskere i regenererende og utviklingsmessig biologi og biomedisinsk ingeniørfag .

Våre fersk studie i tidsskriftet Vitenskapens fremskritt viste at bare 24 timer med en behandling vi designet er nok til å regenerere fullt funksjonelle og berøringsfølsomme lemmer hos frosker.

Kickstartende regenerering

Under veldig tidlig utvikling vil celler som til slutt blir til lemmer og organer ordne seg i presise anatomiske strukturer ved hjelp av et sett med kjemiske, biomekaniske og elektriske signaler .

Når vi vurderte måter å regenerere lemmer på, begrunnet vi at det ville være mye lettere å be cellene om å gjenta det de allerede gjorde under tidlig utvikling. Så vi så etter måter å utløse 'bygg det som normalt var her'-signalet for celler på stedet for et sår.

En av de store utfordringene med å gjøre dette er imidlertid å finne ut hvordan man kan skape et miljø som oppmuntrer kroppen til å regenerere i stedet for danner arr .

Mens arr bidrar til å beskytte skadet vev mot ytterligere skade, endrer de også cellemiljøet på måter som forhindrer regenerering.

Noen vannlevende dyr som f.eks axolotl har mestret regenerering uten arrdannelse. Og selv i tidlig menneskelig utvikling fostersekk gir et miljø som kan lette regenerative mekanismer.

Vi antok at å utvikle et lignende miljø kunne overstyre arrdannelse på skadetidspunktet og tillate kroppen å reaktivere sovende regenerative signaler.

For å implementere denne ideen utviklet vi en bærbar enhet laget av en silke hydrogel som en måte å skape et isolert kammer for regenerering ved å blokkere andre signaler som vil lede kroppen til å utvikle arr eller gjennomgå andre prosesser. Vi lastet deretter enheten med en cocktail av fem legemidler involvert i normal dyreutvikling og vevsvekst.

Vi valgte å teste enheten vha Afrikanske frosker med klør , en art som ofte brukes i dyreforskning som, i likhet med mennesker, ikke regenererer lemmer i voksen alder.

Vi festet enheten til stumpen på den ene beinet i 24 timer. Vi fjernet deretter enheten og observerte hvordan stedet for det tapte lemmet endret seg over tid.

I løpet av 18 måneder ble vi overrasket over å finne at froskene var i stand til å regenerere bena, inkludert fingerlignende fremspring med betydelig gjenvekst av nerver, bein og blodårer.

Lemmene reagerte også på lett trykk, noe som betyr at de hadde en gjenopprettet berøringssans, og lot frosken gå tilbake til normal svømmeatferd.

Frosker som ble gitt enheten, men uten medikamentcocktailen, hadde begrenset gjenvekst av lemmer uten mye funksjonell restaurering.

Og frosker som ikke ble behandlet med enheten eller medikamentcocktailen, vokste ikke ut lemmene igjen, og etterlot stubber som var ufølsomme for berøring og funksjonshemmede.

Interessant nok var lemmene til froskene som ble behandlet med enheten og narkotikacocktailen ikke perfekt rekonstruert. For eksempel ble bein noen ganger fragmentert. Ufullstendigheten til det nye lemmet forteller oss imidlertid at andre viktige molekylære signaler kan mangle, og mange aspekter av behandlingen kan fortsatt optimaliseres.

Når vi først har identifisert disse signalene, kan det å legge dem til medikamentell behandling potensielt reversere tap av lemmer i fremtiden.

Fremtiden for regenerativ medisin

Traumatisk skade er en av de viktigste årsakene til død og funksjonshemming hos amerikanere. Og tap av lemmer fra alvorlig skade er den hyppigste kilden til livslang funksjonshemming .

Disse traumatiske skadene er ofte forårsaket av bilulykker, atletisk skade, bivirkninger av metabolske sykdommer som f.eks. diabetes og til og med slagmarkskader.

Muligheten for å dekode og vekke sovende signaler som gjør kroppen i stand til å regenerere deler av seg selv, er en transformativ grense i medisinsk vitenskap.

Utover gjenvekst tapte lemmer , regenerering av hjertevev etter et hjerteinfarkt eller hjernevev etter et slag kan forlenge livet og øke kvaliteten dramatisk. Vår behandling er langt fra klar til bruk hos mennesker, og vi vet bare at den virker når den påføres umiddelbart etter skade.

Men å avdekke og forstå signalene som lar celler regenerere betyr at pasienter kanskje ikke trenger å vente på at forskere virkelig forstår alle vanskelighetene ved hvordan komplekse organer er konstruert før de kan bli behandlet.

Å gjøre en person hel igjen betyr mer enn bare å erstatte lem. Det betyr også å gjenopprette berøringssansen og funksjonsevnen. Nye tilnærminger innen regenerativ medisin begynner nå å identifisere hvordan det kan være mulig.

Michael Levin , professor i biologi, Tufts University ; David Kaplan , professor i biomedisinsk ingeniørfag, Tufts University , og Nirosha Murugan , assisterende professor i biologi, Algoma universitet .

Denne artikkelen er publisert på nytt fra Samtalen under en Creative Commons-lisens. Les original artikkel .

Populære Kategorier: Samfunn , Mening , Rom , Forklarer , Ukategorisert , Mennesker , Tech , Miljø , Natur , Helse ,

Om Oss

Publisering Av Uavhengige, Beviste Fakta Om Rapporter Om Helse, Rom, Natur, Teknologi Og Miljø.