從蜥蜴到幹細胞,人體組織再生,正在走出影視劇成為現實

2020-11-05 遮布科學

電影《奇門遁甲》2017版,一部描寫妖物橫行、亂象頻生的奇幻巨作,劇中小圓為刀宜長再續斷臂部分,可謂特效滿分、創意滿滿。而隨著科技發展「斷臂再生」這項技術,正在慢慢地走出奇幻電影成為現實。

然而,困惑人類百年的機體組織再生,在動物世界中卻不足為奇,如吐腸求生的海參、斷尾保命的蜥蜴和棄臂而逃的螃蟹等等。自1768年,義大利科學家拉扎羅發現兩棲動物具有斷肢再生能力以來,機體組織再生一直是科學界比較熱門的話題,也是人類夢寐以求的「超能力」。

無尾蜥蜴

美國甚至不惜花費重金,加大該領域的研究,一度放出豪言稱「將來,我們能在9個月內,完完整整地再生出一個人來」,可謂之癲狂。

初窺門徑:探究蜥蜴斷肢再生原理

1976年,美國在火蜥蜴身上取得機體組織再生技術突破,第一次將機體組織再生技術推向高峰。研究發現,火蜥蜴斷肢後,傷口血管迅速閉合,表皮細胞會覆蓋傷口截面,體內成纖維細胞移動至斷肢處,形成芽基後長為新肢。

利用該原理研究人員在蜥蜴腿部完美地培養出了新的芽基,也確定斷肢再生時芽基內細胞與胚胎期未分化細胞相同。

眾所周知,受精卵具有全能性,人類是受精卵無數次分化而來,分化過程中細胞接受信號,發育成有功能、有特徵的細胞。

發育完成後體細胞高度分化,全能性受到限制,而火蜥蜴斷肢後,傷口周邊細胞會轉變為類似於受精卵的細胞具有全能性,然後繼續分化出新的肢體。

體細胞全能性受限,成為阻礙機體組織再生技術發展的第一道門檻,之後數十年間,機體組織再生技術迎來低谷,直至1998年,幹細胞之謎被科學家破解,再生技術再次成為熱議。

幹細胞為機體組織再生帶來可能性

幹細胞是一種具有自我複製和更新的細胞,具有多向分化、無限分裂的能力,可大致看作與受精卵一致具有全能性。

科學家將一隻含有幹細胞的渦蟲切為數份,最終培育出2萬多隻新渦蟲,幹細胞的神奇之處不言而喻,人類肢體再生技術充滿可能性。

幹細胞被發現,找尋再生基因激活機體組織再生程序成為科學家下一步目標,通過科學家的不懈努力,印第安納波利斯大學生物學家大衛,在人體指尖細胞中找到相關基因,劍橋生物專家馬克在人體內也發現相同基因,只是已失去表達能力。

正當科學家們覺得,萬事俱備時,另一道門檻卻出現在機體組織再生技術面前。機體組織再生不是單一的細胞分化,細胞需要明確知道自己分化方向、數量,且與周邊細胞要密切配合,如何保證分化出來的肢體、組織不是畸形能使用呢?

最後的門檻:成型素

科學家發現,蜥蜴新肢能夠準確無誤地生長出來,與有「導師」指引有關,再生程序啟動時他們會收到發育信號,牢記自己的使命,缺少正確的發育信號,再生出來的是不是肢體真不好說,長出一個40米大刀也不無可能。

發育信號與新肢體成形有著密不可分的關係,因此在生物體內發育信號被稱為成形素,由組織這場再生活動的組織者細胞分泌,再生過程中,成形素濃度會隨著距離逐步減小,多個組織者細胞同時發出成型素,讓再生細胞明確自己位置,宛如一套完善的北鬥定位系統,組織者細胞是衛星,再生細胞是你,有衛星你永遠不會迷路。

成形素種類、結構、作用原理等,目前仍然是一個謎,科學家們正在努力探索其中奧秘,當然也並非一無所獲,如已知的成型素AnxA6蛋白,由巴塞隆納大學、雪梨大學、倫敦大學和西班牙巴塞隆納研究所的科學家合作發現,研究發現AnxA6蛋白在術後肝臟再生過程中起到至關重要。該研究論文於2020年3月14日發表在《Hepatology》雜誌。

俗語云:條條大路通羅馬,自然成形素既然複雜,我們是否能夠自己創造一種合成的成形素呢?2020年10月16日,兩篇運用該技術的論文同時刊登在《Science》雜誌上。

加州大學研究人員,利用合成成形素成功激活了事先編輯到細胞中的基因,細胞根據研究人員定義的分化方式,形成特定形狀。英國弗朗西斯-克裡克研究所研究人員利用同樣的方式,在活體果蠅翅膀中也成功構建出自定義的圖案。

上述兩研究,為肢體再生開闢了新的道路,合成成形素有望成為打開人類機體組織再生技術最後一道門的鑰匙。

結尾

人類機體組織再生正在一步步變為現實,將來,可能人人都像「死侍」,擁有超強的自愈能力,只要剩餘一點殘渣都能活過來。

萬事有利必有弊,就如忒修斯悖論一樣,如果船上木頭被全部被替換,那這船還是原來的那船嗎?同理,當人體所有組織被替換後,我還是我嗎?值得深思。


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