Voksne frøer har for første gang vist sig at vokse amputerede ben igen, hvilket markerer det som et gennembrud for organregenerering.
Regeneration betyder at genopdyrke en beskadiget eller manglende del af en orgel fra resterende væv. Voksne mennesker kan med succes regenerere nogle organer som lever og især hud, som regelmæssigt fornyes og repareres, men desværre menneskeligt væv af de fleste organer ikke har evnen til at regenerere. Området for regenerativ medicin har til formål at finde måder at genaktivere regenerering af væv i vores krop. Den ideelle løsning ville være at sætte vigtige veje i gang, som kan genoprette et væv, f.eks. et lem, fra dets egne celler, men det er ikke en ligetil sag, da videnskabsmænd stadig forsøger at forstå nuancerne af vævsregenerering.
I en undersøgelse offentliggjort i Rapporter Cell, sigtede forskere fra Tuft University USA på at forstå vævsregenereringskapacitet og hvordan celler samarbejder og danner en tredimensionel orgel. De valgte at reproducere vævsvækst i et dyr, som normalt ikke regenererer, og de valgte en padde – voksen vandlevende afrikansk kløvfrø (Xenopus laevis) – et almindeligt anvendt laboratoriedyr i forskning. Padder har meget begrænset vævsfornyelseskapacitet svarende til mennesker. Forskere har med succes designet en enhed, som genaktiverer vævsgenerering på amputationsstedet og gør det muligt delvist at regenerere et bagben hos en voksen Xenopus-frø.
Genvoksende amputerede lemmer
Først blev en bærbar bioreaktor printet i 3D i silicium, og den blev fyldt med hydrogel. Dernæst blev hydrerende silkeproteiner anbragt på denne hydrogelpolymer, som er kendt for at fremme heling og regenerering. Hormonet progesteron – et neurosteroid – blev tilsat, som er almindeligt kendt for at være involveret i menstruation, graviditet og amning. Progesteron er også involveret i at fremme reparation af nerve blodkar og andet væv. Frøerne blev opdelt i forsøgs-, kontrol- og falske grupper. I kontrol- og falske grupper blev bioreaktoranordningen syet ind i frøerne øjeblikkeligt efter amputationen af lemmer. I forsøgsgruppen blev progesteron frigivet af bioreaktoren til amputationsstedet. Enhederne blev fjernet efter 24 timer. Frøerne blev derefter rutinemæssigt observeret i flere måneder. Frøer i kontrol- og falske grupper udviklede en tynd, bruskagtig spids på amputationsstedet, hvilket er normalt, når vævsregenerering skrider frem uden hjælp. Det blev kun set hos frøer fra den eksperimentelle gruppe, at bioreaktoranordningen udløste større lemmerregenerering, og frøer genskabte et mere struktureret pagajformet vedhæng tæt på et næsten fuldt dannet lem. Dette var tegn på en hjulpet vævsregenerering. Den synlige forskel var mærkbar i løbet af få uger, hvilket tyder på, at bioreaktorenheden skabte et støttemiljø omkring sår for at gøre det muligt for væv at vokse - svarende til hvordan væv ville vokse i et embryo inde i livmoderen. Blot en kort levering af progesteron fra bioreaktoren (kun anbragt i 24 timer) havde udløst vækst af blødt væv og knogler i løbet af flere måneder. Ved histologisk analyse og molekylær inspektion af de regenererede strukturer blev det afsløret, at disse lemmer var tykkere og havde mere udviklede knogler, innervation og vaskularisering. Dyrene behandlet med progesteron var også mere aktive end kontrol- og falske grupper.
Væksten af lemmer stoppede efter omkring seks måneder, men det førte til under typisk vækst af fingre og tæer. De genvoksede lemmer havde god knoglevolumen og tæthed, hovedblodkar, velstillede nerver, og disse frøer kunne endda svømme på samme måde som normale, amputerede frøer ville bruge deres oprindelige lemmer. RNA-sekventering og transkriptomanalyse viste, at genekspression i cellerne på amputationsstedet blev modificeret af bioreaktoren. Så gener relateret til oxidativ stress og hvide blodlegemers aktivitet var aktive (opregulerede), og nogle andre blev nedregulerede. Ardannelsen og immunresponset blev også reduceret, hvilket gjorde det muligt for regenerering at fortsætte ved at svække kroppens naturlige respons på skader, som ellers ville have hæmmet regenereringsprocessen.
Fremtid
Denne undersøgelse er baseret på logikken i at definere et kickstart- eller trigger-program, som ville føre til en langsigtet vækst. Det kan kaldes som en ny model for celle-stimulering. Tidligere undersøgelser har vist, at mus delvist kan regenerere amputerede fingerspidser under normale omstændigheder, men fordi de ikke er akvatiske, og der ikke er vand til at beskytte dem, så i modsætning til padder var processen i mus ikke effektiv, fordi følsomme regenererede celler blev udsat for hårde overflader igen og igen. Regenereringstilgangen hos et hvirveldyr burde kunne anvendes på pattedyr og menneskekroppen, og måske meget snart i fremtiden kunne vi regenerere komplekse organer, som kunne bruges til organtransplantation eller enhver form for skader, måske endda kræft.
***
Kilde (r)
Herrera-Rincon C et al. 2018. Kort lokal anvendelse af progesteron via en bærbar bioreaktor inducerer langsigtet regenerativ respons hos voksen Xenopus hindlemmer. Rapporter Cell. 25 (6). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.010
***
