科学者はシリコン材料を使って新しいバイオリアクターを3Dプリントしたり、四肢の再生を可能にしたりしている

現在、科学者たちは、体の組織を「再生」することで切断された部分を修復できる新しいバイオリアクターを設計しており、アフリカツメガエルで検証されている。この研究はCell Reports誌に掲載された。「通常、成体のツメガエルは薄くて特徴のない軟骨棘しか再生できないが、私たちの手法は、これまで経験したことのない再生反応を活性化し、より大きく構造的な付属肢を生み出す」と、タフツ大学アレン・ディスカバリー・センターの発生生物学者で共同執筆者のマイケル・レビン氏は述べた。「このバイオリアクターのセットアップは、バイオエンジニアが直接微細操作できない非常に複雑な四肢再生を引き起こす」

科学者たちはシリコンを使ってバイオリアクターを3Dプリントし、ハイドロゲルを充填した。研究者たちは、治癒と再生を促進するタンパク質をハイドロゲルに充填し、その後プロゲステロンを加えた。プロゲステロンは神経、血管、骨組織の修復を促進することが示されています。研究者たちはカエルを実験グループ、対照グループ、コントロールグループの3つのグループに分けた。対照群と比較群の両方において、カエルは四肢を切断した直後にバイオリアクターで縫合されました。実験群のツメガエルでは、バイオリアクターを縫合するだけでなく、切断部位にプロゲステロンを放出する必要もありました。 24時間後、すべてのカエルがバイオリアクターから取り出されました。

9.5 か月にわたるさまざまな時点で、バイオリアクターは、実験グループのツメガエルの四肢の再生をある程度引き起こしたように見えましたが、この現象は他の 2 つのグループでは観察されませんでした。「バイオリアクターは切断創に適切な環境を作り出し、組織が胎児期と同様に成長し発達できるようにします」とマイケル・レビン氏は言う。「バイオリアクターをほんの少しだけ使用すれば、数か月かけて組織と構造の成長が促進されます。」

さらに、対照群と比較群とは異なり、バイオリアクターで処理された実験群のツメガエルの再生した四肢はより強く、骨はより発達し、神経組織と血管組織はより広く分布していました。研究者たちは、水たまりにいるカエルのビデオを分析することで、再生した手足を持つカエルが、切断されていない普通のカエルのように泳いでいることに気づいた。

RNA 配列解析とトランスクリプトーム解析により、バイオリアクターが切断部位の細胞における遺伝子発現を変化させたことが示されました。酸化ストレス、セロトニン活性化シグナル伝達、白血球活性に関わる遺伝子は上方制御されていたが、他のいくつかのシグナル伝達関連遺伝子は下方制御されていた。

同時に、研究者らはバイオリアクターで治療されたツメガエルに瘢痕形成と免疫反応の低下を観察し、プロゲステロンの添加によって傷害に対する身体の自然な反応が抑制され、再生プロセスが促進されることを示唆した。レビン研究室は、脊髄再生と腫瘍の再プログラミングを誘発する生体電気プロセスをターゲットにし続けると報告されています。同時に、彼らはこのバイオリアクター実験を哺乳類で再現することを望んでいます。これまでの研究では、マウスは適切な条件下では切断された足指の先端を部分的に再生できるが、陸上で生活すると再生能力が停滞することが分かっている。

「再生能力を持つ動物はほとんどすべて水生動物であり、足指を失ったマウスは這い回るうちに繊細な再生細胞を消耗するため、四肢の大幅な再生は起こりそうにない」とマイケル・レビン氏は述べた。将来的には、研究チームはバイオリアクターに遠隔監視と光刺激用のセンサーを追加し、損傷後の細胞決定の制御を改善することを目指している。

出典：中国科学日報

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