指尖上的秘密:再生之路仍遥远--科技--人民网
人民网>>科技

指尖上的秘密:再生之路仍遥远

2013年06月28日10:00        手机看新闻

不得不承认,作为高等动物的人类,有时总会羡慕一些低等生物才具备的能力,比如再生。蜥蜴断尾可以再生、蝾螈断肢可以再生,但这些能力也许在人类的进化之路上逐渐丢失了。不过,有一群科学家,执著地为人类寻找着追回这种能力的方法,不放弃哪怕一丝一毫的线索……

在美国纽约大学医学中心的教授伊藤真由美(Mayumi Ito)的实验室中,几只小鼠伸着后腿的脚趾,让研究人员不断地摆弄着,剪了趾甲又长起来,甚至会被切掉一部分脚趾尖,接着又再长起来。

就在这个过程中,伊藤真由美和她的同事们找到了长出坚硬的趾甲以及相应的软组织的一群干细胞,以及为趾甲再生提供生长信号的蛋白质家族。她们的研究成果发表在了6月12日的《自然》杂志上。

指尖的线索

实际上,并非只有小鼠才有这样的功能,人类在进化过程中,并没有把低等祖先的基因完全丢失,也保留了一部分肢体再生能力,不过,也仅限于指尖。

伊藤实验室的研究生孙奇(Qi Sun)通过电子邮件向《中国科学报》记者描述,人类的手指或脚趾末端(指甲以上的部分)有再生的能力。“我们很想知道为什么指甲可以再生,而指甲再生与肢体再生能否找到其中的联系。”

于是,伊藤带领着她的同事从小鼠的趾甲入手,寻找哺乳动物残存的再生能力。她们在小鼠趾甲的基质中找到了能够自我更新的干细胞。指(趾)甲基质属于甲床(指甲或是趾甲覆盖的那块皮肤)的一部分。

这些干细胞是如何再生的?孙奇说:“这是我们找到了这些干细胞后提出的第二个问题。我们假定这些甲干细胞和它们的后代,或者只是它们的后代在指尖的再生过程中起着关键的作用。”

而它们又是通过怎样的信号途径在指尖的再生过程中合作?在这个问题的引导下,一种新的物质出现在实验室研究人员的视野中——Wnt信号通路,这是从甲干细胞的直接后代中找到的,这条信号通路是由一个蛋白质家族建立起来的,再生的信号通过这条途径传递,启动了指尖断肢的再生程序,让指甲和骨头重新生长。

为了证实他们的发现,那些被断趾的小鼠还被进行了一项基因工程方面的改造,伊藤小组即将Wnt信号通路阻断,这些小鼠的断趾便再也无法得到修复。

肢体再生的线索

伊藤告诉《中国科学报》记者:“这项研究将应用于指尖再生以及指甲方面的疾病的进一步研究。这也将为促进肢体再生的研究提供新的线索。”

实际上,其他的研究人员在不断探索中也在两栖动物的身上找到了类似的信号通路,蝾螈能够再生四肢,也需要这样的通路。但是,目前的难点在于,与某一种组织或者器官的再生不同的是,肢体的再生是联合再生,并不是单一的一种组织或器官,而是多个组织或器官协同生长,包括骨骼、肌肉、皮肤、血管、神经等。

中国科学院北京基因组所教授甄二真告诉《中国科学报》记者:“肢体的再生是一个很复杂的过程,不是某一个组织或器官能够独立完成的。比如神经在肌肉中是如何分布的,与肌肉是如何协调的;它们是如何发育、发生关系,又是如何从幼稚状态到成熟状态;它们之间是如何通讯、协作的。这些问题对于我们来说目前还知之甚少。”

北京大学工学院生物医学工程系特聘研究员陈海峰也认为,利用干细胞培育组织、器官或者是更加复杂的肢体,并不是简单地将细胞组合起来的过程。他告诉《中国科学报》的记者:“在这个过程中,还需要基质。组织并不是一个单一的细胞结合体,除了细胞以外,还有细胞外基质。所谓的基质实际上就是细胞生长所需要的环境,包含很多的蛋白与生产因子,它们所起到的作用就是支撑与信号。简单来说,就是这些基质要告诉细胞现在所处的是什么环境,比如是心脏还是骨骼,从而调控细胞生长成为那一部分的组织。”

因此,陈海峰表示,即使我们找到了能够再生的干细胞,也要拥有支配这种干细胞如何生长的能力,才有可能进一步发展出再生技术。

伊藤表示,联合再生是目前再生医学所面临的一个巨大的困难,况且,在哺乳动物中科学家并没有找到联合再生的现实例子。

陈海峰也坦言,虽然很多研究人员对蝾螈等两栖动物具备这种联合再生的能力的研究有了一些进展,但两栖动物与哺乳动物之间的差别很大,能否成为研究人体肢体再生的借鉴还很难说。

再生医学路途遥远

据陈海峰介绍,再生医学最早是从组织工程学延伸发展起来的。

“组织工程学”这个概念是在上世纪80年代由美籍华裔科学家冯元桢提出的,基本的原理是从机体获取少量活组织的功能细胞,与可降解或吸收的三维支架材料按一定比例混合,植入人体内病损部位,最后形成所需要的组织混器官,以达到创伤修复和功能重建的目的。

经过21世纪初期一个过热的宣传期,国内甚至成立了很多希望利用这门学科尽快赢利的公司。“但是,从科学概念的理想到临床实践需要很长时间。”陈海峰说,因此,很多公司相继倒闭,也让组织工程学的研究冷静了下来。

之后,干细胞的发展特别是成体干细胞以及成体细胞获得多能性等研究的发展,再次点燃了器官再生研究的热情。此时所提出的再生医学的概念比组织工程学的更加广泛,组织工程学更多指的是利用组织材料置换人体器官,而再生医学可以说涵盖了一切可以恢复、修复或替代人体器官的技术手段。

甄二真告诉记者,目前,再生医学研究的三个主要的方向是:组织细胞再生、肝脏细胞再生以及干细胞的研究。

“组织细胞再生实际上就是原组织的剩余细胞的增生。我们已知肝脏损伤后,剩余肝细胞可以继续分裂、繁殖、补充失去的细胞,这一过程实际上是同一组织中其他种类细胞的转化,比如肝细胞的支持细胞转化成为其他功能的肝细胞。而随着技术的发展,我们又发现,除胚胎干细胞和原始干细胞之外,不同的组织都有可以继续分化的干细胞或者前体细胞(能进一步分化发育成为成熟细胞的细胞群),这就是细胞的分化。”甄二真说。

目前来说,原有组织细胞的增生是比较传统的也是研究比较多的方向,这条道路的阻力也相对小一些。在甄二真看来,这是因为细胞是有记忆的,它会记住原来细胞的多样性、功能多样性,但前提是必须要有足够的剩余细胞。而转化研究相对较少,是因为对于一种细胞转化成为另一种细胞我们知之甚少。

“现在的研究,还寄希望于干细胞,也就是细胞的分化,可以分为胚胎干细胞和前体细胞两种。”甄二真说,“虽然我们对干细胞知识的积累越来越多,但面临的问题也很多。前体细胞不算是真正意义上的干细胞,不同组织都有自己的前体细胞。我们现在已经有技术能够将前体细胞分离出来,但是这些前体细胞没有原来细胞的记忆,比如肝脏中有多少胆管细胞、多少支持细胞、多少肝细胞,这都是我们所不知的。”

因此,对于干细胞的分化、细胞之间的转化研究还是落后于原有细胞增生的研究。甄二真说,纽约大学研究的这种干细胞也不算真正意义上的干细胞,实际上也是一种前体细胞。让这种细胞再分化成为完整的肢体,还有一条很长的路要走。(马佳)

来源:《中国科学报》

(责编:席旭(实习)、赵竹青)

社区登录
用户名: 立即注册
密  码: 找回密码
  
  • 最新评论
  • 热门评论
查看全部留言

24小时排行 | 新闻频道留言热帖