재생 의학의 최근 발전에도 불구하고, 잃어버린 사지를 재배하는 것은 공상 과학 소설과 만화 슈퍼 히어로에 국한된 인간에게는 극복 할 수없는 업적입니다. 포유류의 경우, 부속물 상실은 재생이 거의 또는 전혀없는 흉터 조직을 형성하여 외상 사고 또는 선천적 결함의 피해자가 치료 및 치료를위한 제한된 옵션을 제공합니다.
이 문제에 접근하기 위해 과학자들은 Hydra, Planarian Worms, Zebrafish 및 Axolotl Salamanders와 같은 강력한 재생을 겪는 모델 유기체를 연구했습니다. 그러나 우리는이 동물들로부터의 재생에 관한 귀중한 교훈을 배웠지 만, 그들은 모두 공통점이 있습니다. 그들은 공통점이 있습니다. 그들은 물에 알을 낳을 수있는 동물 - 양수, 조류 및 기타 포유류를 포함하는 진화 적 그룹보다 더 멀리 떨어져 있습니다.
.파충류 인 도마뱀은 진화론 적으로 전체 부속물을 재생시켜 연구를위한 훌륭한 모델을 만들 수있는 인간에게 가장 가까운 척추 동물입니다. 많은 도마뱀 종은 포식에 반응하여 꼬리를 자동화 (자체 적용) 할 수있는 능력을 가지고 있으며 완전히 새로운 대체품을 재생성합니다. 이 과정은 anolis carolinensis 에서 매우 상세하게 연구되었습니다. , 미국 남동부에 위치한 Greenole.
꼬리 재생은 즉각적인 과정이 아닙니다. 꼬리가 완전히 재생되는 데 몇 달이 걸리며, 오케스트레이션되고 역동적 인 일련의 이벤트가 포함됩니다. 자동 절개 직후, 상처 상피가 부상 부위를 덮고 감염으로부터 보호합니다. 다음 30-60 일 동안, 재생 된 꼬리는 길고, 별개의 조직이 명백해진다. 전체 근육 그룹이 형성되기 시작하고 연골 튜브는 잃어버린 척추를 대체합니다. 새로 형성된 혈관 구조는 재생성 꼬리에 산소와 영양소를 제공하는 반면 신경은 내려와 근육과 연결됩니다. 마지막으로 조직이 성숙하여 기능성 꼬리를 일으 킵니다.
우리는 Anole Tail Regeneration 동안 발생하는 일련의 사건을 이해하지만 많은 질문이 여전히 답이 남아 있습니다. 왜 도마뱀은 왜 새로운 근육 그룹과 연골을 재생시킬 수 있습니까? 재생성 꼬리에 새로운 조직을 만드는 세포의 원천은 무엇입니까? 이 과정을 주도하는 유전자는 무엇입니까? 중요한 것은 도마뱀이 우리가 인간의 재생 의학에 적용 할 수 있다고 말할 수 있습니까?
애리조나 주립 대학의 과학자 팀은 위성 세포라고 불리는 성인 근육 줄기 세포를보고 이러한 질문에 답하려고했습니다. 사실상 모든 척추 동물에 존재하는이 세포는 우리의 골격근에서 휴면 상태로 발견됩니다. 사고 나 강렬한 운동으로 인한 근육 부상 후,이 세포는 손상을 감지하고 활성화됩니다. 그들은 부상 부위로 달려 가서 새로운 근육 섬유를 만들기 위해 서로 융합하여 수리하는 데 도움이됩니다. 그러나, 회복 가능성은 포유류에서 제한되며, 위성 세포는 근이 영양 장애 또는 외상성 사고와 같은 만성 질환으로 인한 광범위한 근육 손상에 대처할 수 없습니다. 이것은 우리가 도마뱀에서 볼 수있는 것과는 대조적입니다. 꼬리를 잃은 후에는 완전히 새롭고 완벽하게 기능적인 근육 그룹을 재생합니다.
.도마뱀 위성 세포가 어떻게 다른지 이해하려고 할 때, 전 사체 기술 접근법을 사용하여 마우스, 인간 및 도마뱀 위성 세포를 비교했습니다. 전 사체 분석을 통해 과학자들은 특정 조직이나 세포에서 활성화 된 모든 유전자를보고 다른 조직 및 세포와 비교하여 놀이의 생물학적 과정을 이해할 수 있습니다. 일반적으로, 다른 종에 걸쳐 비교할 수는 없지만, XGSA (종 간 유전자 세트 분석)로 알려진 새로운 알고리즘을 사용하면 유전자 발현 수준을 비교할 수있었습니다.
결과는 놀랍습니다. 재생 능력의 차이에도 불구하고 도마뱀 위성 세포는 글로벌 유전자 발현 측면에서 마우스 및 인간 위성 세포와 매우 유사했습니다. 그러나 더 깊이 파고 개별 유전자를 검사 한 후 주요 차이가 나타났습니다. 두 세포 유형 모두 근육 발달, 유지 및 복구와 관련된 유전자를 발현했지만 도마뱀 위성 세포는 연골 형성에 관여하는 독특한 유전자 세트를 발현 하였다. 이것은 도마뱀 위성 세포가 근육 재생뿐만 아니라 연골 형성에도 참여할 수 있다고 제안했다.
이 이론을 테스트하기 위해, 마우스와 도마뱀의 위성 세포는 3 차원 마이크로 매스에서 요리로 자랐습니다. 일주일 후, 세포를 현미경, 유전자 발현 분석 및 면역 세포 화학 기술을 사용하여 검사 하였다. 예상 한 바와 같이, 마우스 위성 세포는 근육 형성에 필요한 단백질을 발현하고 근육 섬유에 서로 융합 하였다. 도마뱀 위성 세포는 약간의 근육 섬유를 만들기 위해 융합되었지만, 많은 세포가 조밀 한 연골 결절로 집계되었습니다. 유전자 및 단백질 발현이 검사되었을 때, 마우스 위성 세포와 달리 도마뱀 위성 세포는 높은 수준의 연골 특이 적 유전자 및 단백질을 발현하는 것으로 밝혀졌다.
.이러한 발견은 전 사체 데이터와 일치했으며 마우스 위성 세포는 단일성이고 근육이 될 수 있지만 도마뱀 위성 세포는 근육과 연골 복구에 참여할 수 있다고 제안했습니다. 이 주요 차이점은 부분적으로 두 종 사이의 재생 능력의 불일치를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 바라건대, 주제에 대한 추가 연구가 인간 조직 공학 및 재생의 문제에 접근하기위한 새로운 전략에 대해 밝힐 것입니다.
복잡한 구조를 재생하려면 연골, 근육, 신경 및 피부와 같은 다양한 조직 유형이 적절한시기에 그리고 올바른 위치에 형성해야합니다. 또한, 각 개별 조직은 전체적으로 기능하기 위해 다른 개별 조직을 올바르게 전달하고 다른 조직과 통합해야합니다. 당분간 잃어버린 사지를 재배하는 것은 어려운 일로 남아 있지만, 도마뱀 위성 세포의 교훈은 퍼즐의 중요한 부분을 제공 할 것입니다.
이러한 결과는 ANOLE 도마뱀 골격근의 위성 세포 식별이라는 제목의 기사에 설명되어 있으며, 최근에 발표 된 Journal 개발 생물학 에 발표 된 확장 된 근골격 전위의 시연. . 이 연구는 Joanna Palade, Elizabeth D. Hutchins, Rajani M. George, John A. Cornelius, Alan Rawls, Kenro Kusumi 및 Arizona State University의 Jeanne Wilson-Rawls, Victor Chang 심장 연구소의 Djordje Djordjevic 및 Joshua Ho가 수행했습니다.
