蜥蜴在超过2.5亿年的时间里首次再生出一条完美的尾巴

2021-10-19 14:36:35   编辑:宣萱翠
导读该研究的通讯作者托马斯说:这是通过基于干细胞的疗法在任何爬行动物、鸟类或哺乳动物中显着改善附肢再生的唯一案例之一,它为改善人类伤口

该研究的通讯作者托马斯说:“这是通过基于干细胞的疗法在任何爬行动物、鸟类或哺乳动物中显着改善附肢再生的唯一案例之一,它为改善人类伤口愈合的努力提供了信息。” Lozito 是南加州大学凯克医学院骨科手术、干细胞生物学和再生医学助理教授。

这些新的和改进的蜥蜴尾巴表现出所谓的“背腹图案”——这意味着它们的上侧或背侧有骨骼和神经组织,下侧或腹侧有软骨组织。

“蜥蜴已经存在了超过 2.5 亿年,在这段时间里,没有蜥蜴重新长出具有背腹图案的尾巴,”洛齐托说。“我的实验室创造了第一个带有图案骨架的再生蜥蜴尾巴。”

为了实现这一目标,来自南加州大学医学院和匹兹堡大学的科学家团队分析了与胚胎发育相比,蜥蜴在成年再生过程中尾巴是如何形成的。在这两种情况下,神经干细胞或神经干细胞——构建神经系统的干细胞——都发挥着核心作用。

成年神经干细胞产生分子信号,阻止骨骼和神经形成并促进软骨生长,有效地“腹侧化”尾巴的两侧。这导致了再生尾部典型的软骨管。

即使没有这种腹侧信号,成年神经干细胞也无法为尾巴的背侧产生新的神经组织。

相比之下,胚胎神经干细胞仅在成为尾部下部或腹侧的软骨区域产生这种“腹侧化”信号。同时,在没有这种信号的情况下,上侧或背侧发育骨骼和神经组织。因此,尾巴获得了原始胚胎附属物的复杂背腹图案特征。

然而,如果胚胎神经干细胞被植入成体尾端,它们会对腹侧信号做出反应,并且无法发育成背侧结构。

为了克服这些障碍,Lozito 的团队使用基因编辑工具使胚胎神经干细胞对腹侧信号没有反应,并通过手术将这些细胞植入成年尾巴残端——导致完美尾巴的再生。

“这项研究为我们提供了如何提高生物体再生潜力的基本实践,”洛齐托说。“完善不完全再生的蜥蜴尾巴为我们提供了改善不能自然再生的伤口愈合的蓝图,例如切断的人类四肢和脊髓。通过这种方式,我们希望我们的蜥蜴研究能够带来医学上的突破,以实现艰难的治疗——治愈伤病。”

其他合著者包括匹兹堡大学医学院的 Ricardo Londono 和 Aaron X. Sun,以及南加州大学的 Megan L. Hudnall。

这项工作是由国立卫生研究院之一的国立普通医学科学研究所授予 R01GM115444 的资助的。

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