人类已弄清肢体再生的基本步骤
尽管困难重重,但人类已经弄清了四肢再生必须经历的基本步骤。截肢之后,最外侧皮肤的细胞会覆盖横断面、包裹伤口,在这个时候,人体会产生大量疤痕组织,不会长出新的肢体。而对于蝾螈来说,新的细胞会变成一种称为伤口表皮的组织,这一组织会向残肢发送化学指令。作为回应,残肢中的神经开始再次生长,像肌肉、结缔组织这样的成熟细胞则会退化成一种称为“胚基”的不成熟组织,肢体再生从此开始。
“细胞知道它们自己的角色,因此它们能再生出缺失的部分,”曼彻斯特大学发育生物学家恩里克·阿玛亚表示。如果肩膀或臀部以下截肢,“胚基”就会再生成胳膊或腿。如果从腕部或踝部截肢,“胚基”则会再生成手或脚。随着细胞生长、分裂,它们会弄清自己的角色,因此它们知道向上还是向下,向左还是向右。它们会先长出完整肢体的一个微缩版本,最终一点点长大。
这就是四肢再生的基本步骤,但要进一步弄清其中的细节并非易事。伤口表皮组织为什么能形成?它会对残肢上的细胞发出什么样的具体指令?如果残肢内的神经细胞没有开始生长,肢体就不会再生,然而这些神经细胞在再生过程中到底起到什么样的作用?当残肢中的细胞退化成“胚基”时,它们到底应该退化到什么样的程度?
最重要的是,再生肢体的细胞是如何知道它们的角色、从而长成正确的形状呢?这些细胞如何长成结构精妙、活动灵活的肢体,而非无用、畸形的肢体呢?摩纳根表示,这个问题很难回答,因为残肢上的细胞看起来都差不多,运作方式也差不多,但它们却在肢体再生中发挥重要作用。“人们正在对这个过程进行研究,解开其中奥秘,但我们还搞不清楚肩膀的细胞与指尖的细胞有什么区别。”
然而也不是所有的哺乳动物都没有再生能力,2012年,赛弗特发现非洲刺鼠会通过扯去大块皮肤来逃脱捕食者的猎食,神奇的是,它们能在很短的时间内长出新的皮肤。如果是耳朵被咬掉一大块的话,非洲刺鼠的耳朵也会重新长成完整的形状。这一发现表明,哺乳动物实现四肢再生也许并不像很多人想象得那么遥远。
意义
研究的附带成果就能造福全人类
即使人们能够弄清并复制刺鼠的再生能力,赛弗特还是认为,无法通过注射针剂就实现肢体再生。赛弗特表示,从伤口到“胚基”再到新肢体的转变很复杂,不是打一针就能完成的。这同样也将是一个长期的过程,尽管在《超凡蜘蛛侠》中,“蜥蜴人”康纳斯博士几分钟内就长出了断臂,但在现实中,赛弗特实验室里的一只蝾螈花了400天时间才重新长出了直径不到4毫米的腿。生物的体型越大,肢体再生耗费的时间越长。“就算人类能够实现四肢再生,这个再生过程可能就要花上15年至20年。”赛弗特说。这样看来的话,手指再生可能更为现实一些。
首先,肢体再生研究会带来很多意想不到的好处。蝾螈的肢体再生跟哺乳动物的伤口愈合存在很多相似之处,也许人类永远无法像电影中那样断肢再生,但我们或许能知道如何令伤口快速愈合。如果能做到让伤口快速愈合且不留疤痕,也是造福全人类的事。人类的很多顽疾都涉及一种纤维化过程。人体通过生成结缔组织来处理伤害。纤维化是跟肢体再生对立的过程。如果弄清了动物如何避免它,人类就能知道如何阻止疤痕组织在重要器官上堆积。