Voksne frosker har for første gang vist seg å vokse amputerte ben igjen, noe som markerer det som et gjennombrudd for organregenerering.
Regenerering betyr å vokse en skadet eller manglende del av en orgel fra gjenværende vev. Voksne mennesker kan med hell regenerere enkelte organer som lever og spesielt hud som regelmessig fornyes og repareres, men dessverre menneskelig vev av de fleste organer ikke har evnen til å regenerere. Feltet regenerativ medisin har som mål å finne måter å gjenopprette regenerering av vev i kroppen vår. Den ideelle løsningen ville være å sette i gang viktige veier som kan gjenopprette et vev, for eksempel et lem, fra dets egne celler, men det er ikke en enkel sak ettersom forskere fortsatt prøver å forstå nyansene ved vevsregenerering.
I en studie publisert i Rapporter Cell, scientists from Tuft University USA aimed to understand tissue regeneration capacity and how cells cooperate and form a three-dimensional orgel. They chose to reproduce tissue growth in an animal which normally does not regenerate and they chose an amphibian – adult aquatic African clawed frog (Xenopus laevis) – a commonly used laboratory animal in research. Amphibians have very limited tissue renewal capacity similar to humans. Scientists successfully designed a device which retriggers tissue generation at the amputation site and enables to partially regenerate a hindlimb in adult Xenopus frog.
Revoksende amputerte lemmer
Først ble en bærbar bioreaktor skrevet ut i 3D i silisium og den ble fylt med hydrogel. Deretter ble hydrerende silkeproteiner plassert på denne hydrogelpolymeren som er kjent for å fremme helbredelse og regenerering. Hormonet progesteron – et nevrosteroid – ble tilsatt som er generelt kjent for å være involvert i menstruasjon, graviditet og amming. Progesteron er også involvert i å fremme reparasjon av nerveblodkar og annet vev. Froskene ble delt inn i eksperimentelle, kontroll- og falske grupper. I kontroll- og falske grupper ble bioreaktoranordningen suturert inn i froskene umiddelbart etter amputasjonen av lemmer. I eksperimentell gruppe ble progesteron frigjort av bioreaktoren til amputasjonsstedet. Enhetene ble fjernet etter 24 timer. Froskene ble deretter rutinemessig observert i flere måneder. Frosker i kontroll- og falske grupper utviklet en tynn, bruskpigg på amputasjonsstedet, som er normalt når vevsregenerering skrider frem uten hjelp. Det ble bare sett hos frosker fra eksperimentell gruppe at bioreaktoranordningen utløste større lemregenerering, og frosker gjenskapte et mer strukturert åreformet vedheng nær et nesten fullt utformet lem. Dette var en indikasjon på en hjulpet vevsregenerering. Den synlige forskjellen var merkbar i løpet av få uker, noe som tyder på at bioreaktorenheten skapte et støttemiljø rundt sår for å gjøre det mulig for vev å vokse – på samme måte som vev ville vokse i et embryo inne i livmoren. Bare en kort levering av progesteron fra bioreaktoren (plassert kun i 24 timer) hadde utløst vekst av bløtvev og bein i løpet av flere måneder. Ved histologisk analyse og molekylær inspeksjon av de regenererte strukturene ble det avslørt at disse lemmene var tykkere og hadde mer utviklet bein, innervasjon og vaskularisering. Dyrene behandlet med progesteron var også mer aktive enn kontroll- og falske grupper.
Veksten av lemmer stoppet etter omtrent seks måneder, men det førte til under typisk vekst av fingre og tær. De gjenvokste lemmene hadde godt benvolum og tetthet, hovedblodårer, godt innstilte nerver, og disse froskene kunne til og med svømme på samme måte som normale umputerte frosker ville bruke sine opprinnelige lemmer. RNA-sekvensering og transkriptomanalyse viste at genuttrykk i cellene på amputasjonsstedet ble modifisert av bioreaktoren. Så gener relatert til oksidativt stress og hvite blodlegemers aktivitet var aktive (oppregulert) og noen andre ble nedregulert. Arrdannelsen og immunresponsen ble også redusert, noe som gjorde det mulig for regenerering å fortsette ved å svekke kroppens naturlige respons på skade som ellers ville ha hemmet regenereringsprosessen.
Future
Denne studien er basert på logikken i å definere et kickstart- eller triggerprogram som vil føre til en langsiktig vekst. Det kan kalles som en ny modell for cellestimulering. Tidligere studier har vist at mus delvis kan regenerere amputerte fingertupper under normale omstendigheter, men fordi de ikke er vannlevende og det ikke er vann for å beskytte dem, så i motsetning til amfibier var prosessen i mus ikke effektiv fordi sensitive regenererte celler ble utsatt for harde overflater igjen og en gang til. Regenereringstilnærmingen hos et virveldyr bør være anvendelig på pattedyr og menneskekroppen, og kanskje snart i fremtiden kan vi regenerere komplekse organer som kan brukes til organtransplantasjon eller alle typer skader, kanskje til og med kreft.
***
{Du kan lese den originale forskningsoppgaven ved å klikke på DOI-lenken nedenfor i listen over siterte kilder}
Source (s)
Herrera-Rincon C et al. 2018. Kort lokal applikasjon av progesteron via en bærbar bioreaktor induserer langsiktig regenerativ respons hos voksen Xenopus hindlemmer. Rapporter Cell. 25 (6). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.010
***
