科學家「重新拼接」青蛙肢體:眼睛長在背上

2020-11-25 驅動之家

通過對人體結構的「重新拼接」,使人體重新長出肢體,這聽上去似乎是又一個弗蘭肯斯坦式的實驗。不過,有一位科學家相信,這樣的奇思妙想很快就能成為現實。

麥可·列文(Michael Levin)博士已經創造出了許多奇怪的動物,包括眼睛長在背上的蝌蚪和長著6條腿的青蛙,他認為未來在人身上也能進行類似的「重新拼接」,獲得任何想要的體形。

列文博士在美國塔夫茨大學從事有關人體器官位置的研究。他相信自己的工作很快就能從動物擴展到人類身上。舉例來說,利用類似的技術,殘疾士兵可以重新長出在戰場上失去的手臂。「我不知道這會不會比人類胎兒生長的正常過程更快,」列文說,「最糟糕的情況:如果你的手臂在25歲時被炸掉,到35歲時你將擁有一隻青少年的手臂,但是它的功能會很正常。」

麥可·列文博士的工作主要涉及離子通道——細胞表面上具有孔洞的蛋白質,可以使帶電分子穿過。每個離子通道就像一扇微小的門,控制著各種分子進出細胞。利用神經毒素等精微的工具,列文博士操縱這些離子通道,改變經過離子通道的分子,從而創造出多種奇形怪狀的動物。

2013年,列文博士將某些蝌蚪的眼睛移除,「嫁接」到另一些蝌蚪的背部,從而誘導了異位眼睛的生長。將受體蝌蚪原來的眼睛移除之後,就只保留了直接連接於脊柱,不與大腦直接相連的異位眼睛。「當異位的眼睛連接到脊柱,而不與大腦直接相連時,還具有看見物體的能力,這太令人驚奇了,」列文博士說,「醫學的一個主要目標,就是有朝一日能通過生物學或人工置換的方法,恢復受損或無感覺能力器官的功能。」

列文博士在2015年進行了另一項實驗,使自由生活的吸蟲長出了特殊形狀的頭部,並具有其他吸蟲物種的大腦特徵,這些變化都突破了皮膚層面。列文博士阻斷了細胞之間被稱為「間隙連接」的蛋白質通道,使細胞間的帶電信號無法傳遞,從而改變吸蟲成體幹細胞的分布,使其頭部和大腦的形狀發生改變。

「通常認為染色質的序列和結構決定了生物體的形狀,但這些結果顯示,生理網絡的功能可以推翻物種特異性的解剖結構,」列文博士說,「通過帶電突觸對細胞的連接進行調節,我們能夠在完全不同的物種身上得到想要的頭部形態和大腦模式——來自另一隻具有正常基因組的動物。」


列文博士阻斷了細胞之間被稱為「間隙連接」的蛋白質通道,使細胞間的帶電信號無法傳遞,從而改變吸蟲成體幹細胞的分布,使其頭部和大腦的形狀發生改變。


2013年,列文博士將某些蝌蚪的眼睛移除,「嫁接」到另一些蝌蚪的背部,從而誘導了異位眼睛的生長。


將受體蝌蚪原來的眼睛移除之後,就只保留了直接連接於脊柱,不與大腦直接相連的異位眼睛。

在2016年5月,列文博士利用雷射將腫瘤細胞重新「改編」成了無害的細胞。癌細胞會釋放出「錯誤」的電信號,使其自身的分裂不受控制。利用基因療法,列文博士使這些細胞變得「對光敏感」,即可以用雷射改變它們癌變的信號。

不過,列文博士對再生醫學懷有更高的期望。「這一領域的最終階段是完全特異性的形態。你將可以坐在電腦前,像使用Photoshop一樣,畫出你想要的,然後就會出來你要的結果,」他說,「如果你說,『我想要一隻三角形的青蛙,長著7條腿,眼睛應該長這邊,』我覺得沒有什麼理由做不到這些。」

然而,並不是所有人都支持列文博士的計劃。「你怎麼控制它·如果你正在設計這種系統的邏輯性,那你如何決定哪裡作為頭部而不是放一條尾巴?」列文博士之前在哈佛大學的導師克利夫·塔賓(Cliff Tabin)說,「你或許需要用通道蛋白質來做這些決定,但這可能不是決定本身的關鍵所在。」

耶魯大學系統生物學研究所的生物化學工程師安德烈·列夫琴科(Andre Levchenko)說:「要想讓我們完全接受他所談論的這麼多東西,我認為還需要更多一些機制的探索。我們應該要像了解控制細胞功能的遺傳信息一樣深入和透徹,但是在電生理學方面,目前還達不到這樣的水平。」

列文博士坦承還有大量的工作需要完成。「我們目前只知道一點點。我們需要做大量更多的工作,才能真正進行良好的控制,」他說,「我們知道電學信號會在組織中形成某種模式記憶,導致形態變化。但是,對於連接這些模式的規則,我們才剛剛開始探索。」不過,他對這項工作的前景十分樂觀,認為可以在我們的有生之年看到這些設想成真。

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