哺乳動物再生:激活休眠能力以重建骨骼與關節

哺乳動物擁有休眠的生物能力,能夠重新長出複雜的身體部位,而不是在演化過程中完全失去此能力。德州 A&M 大學獸醫醫學與生物醫學科學學院(VMBS)的最新研究顯示,透過將身體的癒合過程從纖維化(疤痕形成)重新導向至胚胎芽(blastema)的形成,有可能再生骨骼、關節結構與韌帶。

將成纖維細胞從疤痕導向再生

哺乳動物的癒合通常優先快速閉合傷口,透過纖維化的方式,成纖維細胞會產生疤痕組織以防止感染。相較之下,再生動物(如蠑螈)會利用相同的細胞形成胚胎芽——一團未分化的細胞,作為新組織生長的基礎。

研究人員發現,哺乳動物的成纖維細胞並非「無法編程」,而是預設會走向疤痕。透過在初始傷口閉合後介入,團隊成功利用特定的兩步化學訊號過程將細胞行為轉向再生:

  1. 誘導胚胎芽: 施用成纖維細胞生長因子 2(FGF2)促進類胚胎芽結構的形成,模仿非哺乳動物的再生過程。
  2. 指導組織生長: 隨後施用骨形態生成蛋白 2(BMP2),提供必要訊號指示這些細胞構建特定組織。

細胞程式編寫與位置重新指定的關鍵發現

此研究挑戰了再生醫學必須引入外部幹細胞的普遍假設。研究結論指出,所需的細胞已經存在於哺乳動物體內;關鍵在於如何指導它們以再生方式行事。

此外,研究觀察到「位置重新指定」現象,細胞被重新導向在其原本解剖位置之外形成結構。這顯示建構複雜結構的生物指令仍然可取得,且可被操控以在受傷後重建不同組織。

骨骼與關節修復的成果

雖然再生組織並非原始結構的完美解剖複製,研究人員仍成功恢復了截肢時移除的所有主要結構,包括:

  • 骨骼
  • 肌腱
  • 韌帶
  • 關節組織

這些結構以類似自然解剖的排列方式呈現,證明哺乳動物的骨骼與結締組織再生所需的複雜生物途徑可以被拯救。

臨床意涵與實施路徑

完整的四肢再生仍是長期目標,但研究者認為最直接的實用應用是減少疤痕形成。即使僅是稍微將癒合方向從纖維化轉向組織修復,也能顯著改善嚴重創傷患者的治療結果。

臨床應用的路徑可能因所使用的生長因子已為監管機構所熟悉而加速:

  • BMP2: 已獲 FDA 批准用於特定醫療應用。
  • FGF2: 目前正於多項臨床試驗中評估。

技術背景與社群觀點

圍繞此研究的科學討論同時凸顯了激活休眠再生通路的潛力與風險。部分觀察者指出,加速再生時失控的細胞增生(癌症)是主要顧慮,正如在某些嘗試改造大鼠基因以修復視網膜的案例中所見。

其他研究者與愛好者則指出,可補強此發現的相關領域包括:

  • 生物電訊號: 有研究顯示電位範圍可作為幹細胞的「簽名」或指令。例如,在青蛙體內誘導特定電壓已被用來在腸道中長出眼睛,且不需細胞移植。
  • 現存自然範例: 人類在某些情況下能有限度地自然再生,例如在指甲根部以下的指尖(遠端)可再生。
  • 細胞外基質: 先前的報告探討使用細胞外基質支援斷指的再生。

Sources