从蜥蜴到干细胞,人体组织再生,正在走出影视剧成为现实

电影《奇门遁甲》2017版,一部描写妖物横行、乱象频生的奇幻巨作,剧中小圆为刀宜长再续断臂部分,可谓特效满分、创意满满。而随着科技发展“断臂再生”这项技术,正在慢慢地走出奇幻电影成为现实。

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然而,困惑人类百年的机体组织再生,在动物世界中却不足为奇,如吐肠求生的海参、断尾保命的蜥蜴和弃臂而逃的螃蟹等等。自1768年,意大利科学家拉扎罗发现两栖动物具有断肢再生能力以来,机体组织再生一直是科学界比较热门的话题,也是人类梦寐以求的“超能力”。

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无尾蜥蜴

美国甚至不惜花费重金,加大该领域的研究,一度放出豪言称“将来,我们能在9个月内,完完整整地再生出一个人来”,可谓之癫狂。

初窥门径:探究蜥蜴断肢再生原理

1976年,美国在火蜥蜴身上取得机体组织再生技术突破,第一次将机体组织再生技术推向高峰。研究发现,火蜥蜴断肢后,伤口血管迅速闭合,表皮细胞会覆盖伤口截面,体内成纤维细胞移动至断肢处,形成芽基后长为新肢。

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利用该原理研究人员在蜥蜴腿部完美地培养出了新的芽基,也确定断肢再生时芽基内细胞与胚胎期未分化细胞相同。

众所周知,受精卵具有全能性,人类是受精卵无数次分化而来,分化过程中细胞接受信号,发育成有功能、有特征的细胞。

发育完成后体细胞高度分化,全能性受到限制,而火蜥蜴断肢后,伤口周边细胞会转变为类似于受精卵的细胞具有全能性,然后继续分化出新的肢体。

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体细胞全能性受限,成为阻碍机体组织再生技术发展的第一道门槛,之后数十年间,机体组织再生技术迎来低谷,直至1998年,干细胞之谜被科学家破解,再生技术再次成为热议。

干细胞为机体组织再生带来可能性

干细胞是一种具有自我复制和更新的细胞,具有多向分化、无限分裂的能力,可大致看作与受精卵一致具有全能性。

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科学家将一只含有干细胞的涡虫切为数份,最终培育出2万多只新涡虫,干细胞的神奇之处不言而喻,人类肢体再生技术充满可能性。

干细胞被发现,找寻再生基因激活机体组织再生程序成为科学家下一步目标,通过科学家的不懈努力,印第安纳波利斯大学生物学家大卫,在人体指尖细胞中找到相关基因,剑桥生物专家马克在人体内也发现相同基因,只是已失去表达能力。

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正当科学家们觉得,万事俱备时,另一道门槛却出现在机体组织再生技术面前。机体组织再生不是单一的细胞分化,细胞需要明确知道自己分化方向、数量,且与周边细胞要密切配合,如何保证分化出来的肢体、组织不是畸形能使用呢?

最后的门槛:成型素

科学家发现,蜥蜴新肢能够准确无误地生长出来,与有“导师”指引有关,再生程序启动时他们会收到发育信号,牢记自己的使命,缺少正确的发育信号,再生出来的是不是肢体真不好说,长出一个40米大刀也不无可能。

发育信号与新肢体成形有着密不可分的关系,因此在生物体内发育信号被称为成形素,由组织这场再生活动的组织者细胞分泌,再生过程中,成形素浓度会随着距离逐步减小,多个组织者细胞同时发出成型素,让再生细胞明确自己位置,宛如一套完善的北斗定位系统,组织者细胞是卫星,再生细胞是你,有卫星你永远不会迷路。

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成形素种类、结构、作用原理等,目前仍然是一个谜,科学家们正在努力探索其中奥秘,当然也并非一无所获,如已知的成型素AnxA6蛋白,由巴塞罗那大学、悉尼大学、伦敦大学和西班牙巴塞罗那研究所的科学家合作发现,研究发现AnxA6蛋白在术后肝脏再生过程中起到至关重要。该研究论文于2020年3月14日发表在《Hepatology》杂志。

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俗语云:条条大路通罗马,自然成形素既然复杂,我们是否能够自己创造一种合成的成形素呢?2020年10月16日,两篇运用该技术的论文同时刊登在《Science》杂志上。

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加州大学研究人员,利用合成成形素成功激活了事先编辑到细胞中的基因,细胞根据研究人员定义的分化方式,形成特定形状。英国弗朗西斯-克里克研究所研究人员利用同样的方式,在活体果蝇翅膀中也成功构建出自定义的图案。

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上述两研究,为肢体再生开辟了新的道路,合成成形素有望成为打开人类机体组织再生技术最后一道门的钥匙。

结尾

人类机体组织再生正在一步步变为现实,将来,可能人人都像“死侍”,拥有超强的自愈能力,只要剩余一点残渣都能活过来。

万事有利必有弊,就如忒修斯悖论一样,如果船上木头被全部被替换,那这船还是原来的那船吗?同理,当人体所有组织被替换后,我还是我吗?值得深思。


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