Science子刊：断肢再生！

最新研究数据显示，人类肢体缺失的发生率预计将在未来 30 年里大幅增加，每年约可影响 360 万人，如糖尿病患者、退伍军人、创伤幸存者和周围动脉疾病患者等。尽管发育和再生医学领域已经取得了非常大的进展，但让整个复杂器官成功再生这一目标仍然难以实现。目前，临床医生仍然缺乏有效的手段来促进组织的恢复或逆转组织损失。

包括蝾螈、海星、螃蟹和蜥蜴在内的许多生物至少有部分肢体可以完全再生，扁虫甚至可以被切成碎片，每一块都可以重建为一个完整的有机体。人类的肝脏在损失 50% 后，具有惊人的、几乎像扁虫一样的再生能力，几乎可以恢复到原来的大小，但通过自然再生来恢复动物肢体功能的可能性仍然遥不可及。

来自美国塔夫茨大学等单位的科学家们在 Science Advances 期刊发表了题为：Acute multidrug delivery via a wearable bioreactor facilitates long-term limb regeneration and functional recovery in adult Xenopus laevis的研究论文。他们的研究发现不可再生的成年非洲爪蟾可以被一个短暂的生物反应器诱导到一个持续的再生状态，使其潜在的再生能力被恢复，以再生和重塑失去的肢体。

再生的组织由皮肤、骨骼、脉管系统和神经组成，其复杂性和感觉运动能力远远超过未经治疗的动物。此外，这种诱导方法不需要基因治疗或干细胞植入，同时还会产生分子、细胞和组织水平的变化，从而恢复肢体形态和感觉运动功能，这使得我们离再生医学的目标更近了一步。

首先，研究人员将成年非洲爪蟾的后肢进行截肢，并安装了被称为 BioDome 的丝水凝胶装置，该装置包含单独的丝水凝胶（BD）或五种促再生化合物（BDNF、1，4-DPCA、RD5、GH 和 RA）的水凝胶，后者统称为 MDT（Multidrug Treatment， 多药物治疗）。对照组动物被截肢并返回生长室而不进行治疗（Not treatment， ND）。24 小时后，设备被移除，动物在没有进一步干预的情况下持续长达 18 个月，研究人员定期评估后肢的再生情况。

在 18 个月的再生周期中，所有组别的再生软组织长度都有所增加，但与其他组相比，多药物治疗的动物显示出更大、更复杂的软组织生长。这种软组织生长的显着增加最早于截肢后 2 周被观察到，并且这种优势一直持续到最后。这些数据表明，在截肢部位局部应用 MDT 可以诱导更大、更持久的再生反应。

多药物治疗增加了截肢后的骨生长和骨重塑

为了表征再生的内部结构，他们分析了骨骼的生长及其模式。

三维 CT 扫描结果表明，与不进行治疗组相比，多药物治疗组的截肢平面骨生长明显增加。他们进一步分析了骨体积和骨小梁密度等解剖特征，以确定新生骨的复杂性。与其他组相比，MDT 治疗的动物显示出更大的骨体积和小梁密度。同时，与其他组别相比，MDT 组的骨长度早在截肢后 4 个月时就开始增加，大约在 8 个月时出现明显的生长弯曲。这些观察结果共同表明，MDT 治疗仅在创面放置 24 小时，就能诱导显着的骨再生和骨重塑。

为了深入了解 MDT 治疗的作用机制，他们在不同时间点对 MDT 动物与 ND 动物的早期组织取样，并进行了转录组分析。分析结果显示，与截肢后 7 天的组织相比，11 个小时的组织中的基因表达谱已经发生了显着的变化。利用 MDT 和 ND 的显着差异基因，他们富集出了显着上调和显着下调的信号通路。

进一步的基因集富集分析结果显示，组织中前 15 个高度上调信号通路与神经调节、炎症信号传导和细胞形态发生有关。对神经特异性激活相关基因组的进一步研究表明，脑特异性激酶、神经肽的表达、多巴胺受体和神经球蛋白在截肢后 11 小时达到峰值，然后在 24 小时和 7 天后下降。

有趣的是，他们还观察到 Wnt7a，一个参与胚胎前后轴发育的基因，在 11 小时后上调，在 7 天时进一步上调；关键的促再生炎症基因，如 TGFB、PTGS2、IL1B 和 FOXP2 分别在 11 和 24 小时高表达，但在 7 天后消失。(生物谷Bioon.com）