Biyoreaktör cihazı kurbağaların bacaklarını yenilemesine yardımcı olur

Bir bilim adamları ekibi, yetişkin sudaki Afrika pençeli kurbağalarında ( Xenopus laevis ) kısmi hindlimb rejenerasyonunu indükte edebilen bir cihazı , amputasyon bölgesinde doku tamirini "tekmelemeli" yaparak tasarladı . Bulgular, Hücre Raporları dergisinde 6 Kasım'da ortaya çıkarak, "elektrokoter" i veya hücre uyaran terapileri test etmek için yeni bir model sunuyor.

"En iyi ihtimalle, yetişkin kurbağalar normalde sadece tüysüz, ince, kıkırdaklı bir başaktır." Diyor üst düzey yazar Michael Levin, Tufts Üniversitesi'ndeki Allen Discovery Center'da gelişim biyoloğu. "Bizim prosedürümüz normalde hiç sahip olmadıkları bir rejeneratif tepkiyi uyandırdı, bu da daha büyük ve daha yapılandırılmış uzantılara yol açtı. Biyoreaktör cihazı, biyomühendislerin doğrudan mikromanjel olamayacakları çok karmaşık aşağı akış sonuçlarını tetikledi."

Bilim adamları 3D, biyo-reaktörünü silikondan basmış ve bunu hidrojel ile doldurmuştur - yapışkan bir polimerik polimer. Hidrojel, iyileşmeyi ve rejenerasyonu teşvik eden hidrat ipek proteinleri ile bağladılar, sonra progesteron eklediler. Progesteron, uterusun gebelik için hazırlanmasında oynadığı rolle bilinir, ancak hormonun ayrıca sinir, kan damarı ve kemik dokusu onarımını da teşvik ettiği gösterilmiştir.

Araştırmacılar kurbağaları üç gruba ayırdılar: deney, kontrol ve sahte. Deney ve sahte grup için, cihazı ekstremite amputasyonundan hemen sonra kurbağalar üzerine dikildi. Deney grubunda biyoreaktör progesteronu amputasyon bölgesine bırakmıştır. Her durumda, 24 saat sonra cihazları çıkardılar.

Deney grubundaki kurbağalara 9,5 ay boyunca farklı zaman noktalarında baktıklarında, biyoreaktörün diğer gruplarda gözlemlenmemiş bir dereceye kadar uzuv rejenerasyonu tetiklediğini fark ettiler. Tipik bir sıçrama benzeri yapı yerine, biyoreaktör muamelesi, tam olarak oluşmamış bir uzvura yakın bir şekilde, yenilenmemiş rejenerasyonun yaratabileceğinden daha karkas benzeri bir formasyona neden olmuştur.

Levin, “Biyoreaktör cihazı, dokunun embriyojenez sırasında olduğu gibi büyüyebileceği yara için destekleyici bir ortam yarattı” diyor. "Biyoreaktörün çok kısa bir uygulaması ve onun yükü, aylarca doku büyümesi ve paternini tetikledi."

Levin ve ekibi, moleküler ve histoloji analizleri kullanarak yenilenmiş yapılara daha yakından bakmışlardır. Kontrol ve sahte grupların aksine biyoreaktörle tedavi edilen kurbağaların rejenerasyon bacaklarının daha gelişmiş kemikler, innervasyon ve vaskülarizasyon ile daha kalın olduğunu gördüler. Kurbağaların tanklarındaki video görüntülerini inceleyerek kurbağaların daha fazla benzemeyen kurbağa gibi yüzebileceğini fark ettiler.

RNA sekanslama ve transkriptome analizi, biyoreaktörün, amputasyon bölgesindeki hücrelerde meydana gelen gen ekspresyonunu değiştirdiğini ortaya çıkarmıştır. Oksidatif stres, serotonerjik sinyal ve beyaz kan hücresi aktivitesine dahil olan genler yukarı doğru düzenlenirken, diğer bazı sinyalleme ile ilişkili genler aşağı regüle edildi.

Araştırmacılar ayrıca biyoreaktörle tedavi edilen kurbağalarda skarlaşmanın ve bağışıklık yanıtlarının azaldığını, buna ek olarak progesteronun vücudun doğal reaksiyonunu rejenerasyon sürecinden yararlanan bir şekilde azalttığını gösterdi.

Levin'in Tufts Üniversitesi'ndeki laboratuvarında çalışan ilk yazar olan Celia Herrera-Rincon, “Her iki üründe ve beyin işlevinde yeni keşfedilen rolünde, progesteronun eylemleri yerel veya dokuya özgüdür” diyor. "Bu yaklaşımla gösterdiğimiz şey, üremenin, beyin işlemenin ve yenilenmenin belki de düşündüğümüzden daha yakın olmasıdır. Belki de ortak ve - şimdiye kadar tamamen anlaşılmayan - biyoelektrik kodun yollarını ve unsurlarını paylaşıyorlar."

Levin'in laboratuvarı, omurilik yenilenmesini ve tümör yeniden programlamasını teşvik etmek için biyoelektrik süreçleri hedeflemeye devam edecektir. Ayrıca memelilerde biyoreaktör deneylerini kopyalamayı umuyorlar. Önceki araştırmalar, farelerin ampertasyonlu parmak uçlarını doğru koşullarda kısmen rejenere edebildiğini, ancak topraktaki yaşamlarının bu süreci engellediğini ileri sürmektedir.

Levin, “Hemen hemen tüm iyi rejeneratörlü sular,” diyor. “Bunun neden önemli olduğunu hayal edebilirsiniz: bir parmağı ya da eli kaybeden bir fare ve sonra hassas rejeneratif hücreleri etrafta dolaşırken döşeme malzemesine öğütüyorsa, önemli uzuv yenilenmesi yaşanması olası değildir.”

Levin, uzaktan izleme ve optojenetik stimülasyon için cihaza bir sonraki sensörleri eklemeyi planlamaktadır, ki bu da, hasardan sonra hücresel karar verme üzerinde kontrolü geliştirmeyi ummaktadır.