客觀日本

學習蠑螈的高再生能力,實施無斑痕皮膚冶癒

2022年03月10日 生物醫藥

兩棲動物蠑螈具有高度的再生能力。不僅是四肢和尾巴,眼睛的晶狀體和視網膜,而且大腦和部分心臟等身體部位在缺失後也可以透過再生恢復原樣。以築波大學爲中心的研究團隊正在推進調查這種能力並用來爲人類冶癒的研究。千葉親文教授等人搞清楚了蠑螈的皮膚不留傷痕地再生的程序,目前正計劃與醫學家合作,用於皮膚的再生醫療。

title

蠑螈的皮膚可以不留傷痕地再生(圖片由築波大學千葉教授提供)

蠑螈的再生能力自古就爲人所熟知,即使皮膚出現很深的傷口也能完全再生,但此前並沒有人認真地研究調查過相關證據。人類如果產生淺小的傷口,癒合後不會留下傷痕,但如果傷及表皮下的真皮,即使癒合也會留下斑痕。

築波大學的千葉教授與同樣對蠑螈的再生能力感興趣的慶應義塾大學和信州大學的整形外科醫學家,日本齒科大學和宇都宮大學等共同調查了蠑螈皮膚再生的整個程序。最初研究人員對蠑螈皮膚再生不留傷痕半信半疑,但經過2年多的觀察發現蠑螈的確可以基本上完全再生皮膚。

人的皮膚在受傷較深時會出血,之後傷口結痂。痂皮下面會發生發炎反應,從周圍的組織聚集而來的細胞增殖,產生膠原蛋白等纖維蛋白。纖維蛋白無序殘留下來就形成斑痕。由於皮膚表面的細小窩凸「紋理」等不會恢復,所以斑痕比較明顯。

另一方面,蠑螈即使受傷出血,傷口也不會像人一樣結痂,表皮會從傷口周圍延伸過來,迅速閉合傷口。發炎反應被抑制,也不會形成以纖維蛋白爲主的斑痕。真皮在覆蓋傷口的表皮下開始再生,皮膚紋理等也會被重新構建,除顏色花紋外幾乎能完全恢復原樣。

蠑螈與人的主要區別是表皮會迅速覆蓋住傷口。不僅是傷口周圍,大面積皮膚的幹細胞分裂頻率都會提高約一倍。隨着整體的細胞數量增加,表皮被從斷面推向傷口,2~3天后傷口就會閉合。千葉教授說:「這種方法非常巧妙,令人佩服。」

在人類的皮膚冶癒中,透過快速用表皮覆蓋傷口,有望抑制發炎反應和斑痕的形成。雖然很難像蠑螈那樣人爲增加大面積皮膚的幹細胞分裂,但透過移植利用細胞培養等人工培養的表皮,或許可以再現與蠑螈類似的情況。

如果能從基因層面和分子層面全面明確蠑螈的再生能力,就有望發現促進人類再生醫療隊形變換的線索。能否在哺乳動物身上再現蠑螈那樣的再生能力呢,重要的是要利用試管和實驗動物反復進行研究。如果一切順利的話,有望從2040年前後開始在人類身上進行部分應用,2050年前後實施全面應用。

日本人活躍的研究領域

關於蠑螈再生能力的研究動向與醫療應用前景
18世紀 意大利的博物學家發現蠑螈的再生能力
1970年代 岡田節人和江口吾郎等人研究眼睛晶狀體的再生機制
2011年 築波大學的千葉教授等人開發向蠑螈導入基因的技術
2021年 千葉教授等人明確皮膚的再生程序
2040年前後 參考蠑螈再生能力的再生醫療部分實施實用化
2050年前後 參考蠑螈的再生醫療應用擴大

蠑螈是成年後也擁有極高再生能力的兩棲動物。青蛙和山椒魚處於在水中生活的蝌蚪等幼蟲階段時,四肢等有再生能力,但成年後能在陸地上生活時就會失去這種能力。

18世紀,意大利的博物學家拉扎羅·斯帕蘭扎尼注意到了蠑螈的再生能力等,長期以來一直有很多研究人員在進行驗證和調查。

日本方面,1970年代岡田節人(已故,京都大學名譽教授)和江口吾朗(已故,熊本大學前校長)等透過研究眼睛的晶狀體發現,是成熟細胞發生變化的「逆分化」在支撐着再生能力。

目前,全球關於蠑螈的研究並不多。終極因數包括:野生蠑螈已成爲稀有生物,很難再用於實驗;龐大的基因體(全部遺傳資訊)解碼和基因操控技術尚不夠成熟,難以進行最尖端的分子生物學研究等。主要研究物件轉移到了青蛙和墨西哥鈍口螈上。

築波大學的千葉教授等人2011年開發了向蠑螈有效導入基因的技術,還在致力於山林的蠑螈保存活動。這是一個獨特的研究物件,因此有望取得重要的新發現。

日文:越川智瑛、《日經產業新聞》,2022/02/18
中文:JST客觀日本編輯部