Vuxna grodor har för första gången visat sig få amputerade ben igen, vilket markerar det som ett genombrott för organregenerering.
Regenerering innebär att återväxa en skadad eller saknad del av en organ från kvarvarande vävnad. Vuxna människor kan framgångsrikt regenerera vissa organ som lever och särskilt hud som regelbundet förnyas och repareras men tyvärr mänskliga vävnader i de flesta organ inte har förmågan att regenerera. Området regenerativ medicin syftar till att hitta sätt att återaktivera regenerering av vävnader i vår kropp. Den idealiska lösningen skulle vara att sätta igång viktiga vägar som kan återställa en vävnad, till exempel en lem, från sina egna celler, men det är inte ett enkelt fall eftersom forskare fortfarande försöker förstå nyanserna av vävnadsregenerering.
I en studie som publiceras i Rapporter Cell, försökte forskare från Tuft University USA att förstå vävnadsregenereringsförmåga och hur celler samarbetar och bildar en tredimensionell organ. De valde att reproducera vävnadstillväxt hos ett djur som normalt inte regenereras och de valde en amfibie – en vuxen vattenlevande afrikansk klogroda (Xenopus laevis) – ett vanligt förekommande försöksdjur i forskning. Amfibier har mycket begränsad vävnadsförnyelsekapacitet liknande människor. Forskare har framgångsrikt designat en enhet som återaktiverar vävnadsgenerering vid amputationsstället och gör det möjligt att delvis regenerera en bakben hos en vuxen Xenopus-groda.
Återväxande amputerade lemmar
Först skrevs en bärbar bioreaktor ut i 3D i kisel och den fylldes med hydrogel. Därefter placerades hydratiserande sidenproteiner på denna hydrogelpolymer som är kända för att främja läkning och regenerering. Hormonet progesteron – en neurosteroid – tillsattes som är allmänt känt för att vara inblandat i menstruation, graviditet och amning. Progesteron är också involverat i att främja reparation av nervblodkärl och annan vävnad. Grodorna delades in i experimentella, kontroll- och skengrupper. I kontroll- och skengrupper syddes bioreaktoranordningen in i grodorna omedelbart efter lemamputeringen. I experimentgrupp frisattes progesteron av bioreaktorn till amputationsstället. Enheterna togs bort efter 24 timmar. Grodorna observerades sedan rutinmässigt i flera månader. Grodor i kontroll- och skengrupper utvecklade en tunn, broskspik vid amputationsstället, vilket är normalt när vävnadsregenerering fortskrider utan hjälp. Det sågs endast hos grodor i experimentgruppen att bioreaktoranordningen utlöste större lemregenerering och grodor återskapade ett mer strukturerat skovelformat bihang nära en nästan helt formad lem. Detta var ett tecken på en understödd vävnadsregenerering. Den synliga skillnaden var märkbar inom några veckor, vilket tyder på att bioreaktoranordningen skapade en stödmiljö runt den sår för att göra det möjligt för vävnad att växa – liknande hur vävnader skulle växa i ett embryo inuti livmodern. Bara en kort leverans av progesteron från bioreaktorn (placerad endast i 24 timmar) hade utlöst tillväxt av mjukvävnad och ben under flera månader. Vid histologisk analys och molekylär inspektion av de regenererade strukturerna avslöjades att dessa lemmar var tjockare och hade mer utvecklade ben, innervation och vaskularisering. Djuren som behandlades med progesteron var också mer aktiva än kontroll- och skengrupper.
Tillväxten av lemmar upphörde efter ungefär sex månader men det ledde till under typisk tillväxt av fingrar och tår. De återväxta extremiteterna hade bra benvolym och densitet, huvudblodkärl, välinställda nerver och dessa grodor kunde till och med simma på samma sätt som normala amputerade grodor skulle använda sina inhemska lemmar. RNA-sekvensering och transkriptomanalys visade att genuttryck i cellerna vid amputationsstället modifierades av bioreaktorn. Så gener relaterade till oxidativ stress och vita blodkroppars aktivitet var aktiva (uppreglerade) och några andra nedreglerades. Ärrbildningen och immunsvaret reducerades också, vilket gjorde det möjligt för regenerering att fortsätta genom att försvaga kroppens naturliga svar på skada som annars skulle ha hämmat regenereringsprocessen.
Framtida
Denna studie är baserad på logiken i att definiera ett kickstart- eller triggerprogram som skulle leda till en långsiktig tillväxt. Det kan kallas som en ny modell för cellstimulering. Tidigare studier har visat att möss delvis kan regenerera amputerade fingertoppar under normala omständigheter men eftersom de inte är vattenlevande och det inte finns något vatten för att skydda dem, så till skillnad från amfibier var processen i möss inte effektiv eftersom känsliga regenererade celler utsattes för hårda ytor igen och om igen. Förnyelsemetoden hos ett ryggradsdjur borde kunna tillämpas på däggdjur och människokroppen och kanske mycket snart i framtiden skulle vi kunna regenerera komplexa organ som skulle kunna användas för organtransplantation eller alla typer av skador, kanske till och med cancer.
***
{Du kan läsa den ursprungliga forskningsartikeln genom att klicka på DOI-länken nedan i listan över citerade källor}
Källa (er)
Herrera-Rincon C et al. 2018. Kort lokal applicering av progesteron via en bärbar bioreaktor inducerar långvarigt regenerativt svar hos vuxen Xenopus Hindlimb. Rapporter Cell. 25 (6). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.010
***
