【報臺書房】人類的斷肢有可能再生嗎?——探索斑馬魚的超強再生力


為什麼研究「再生」?


自然界中,許多生物受傷後具有再生能力,但這些組織與器官是如何啟動再生機制,至今人們仍然不了解。例如,切斷蠑螈的手臂和手指後,不同部位再生所費時間竟然相同。在中央研究院細胞與個體生物學研究所,陳振輝助研究員與其團隊以基因突變篩檢出失去再生能力的斑馬魚,進行深入研究,了解再生過程的分子機制,期待有助於再生醫學的發展。


奇蹟般的再生現象


在古代,希臘神話中的怪物九頭蛇與海格力斯大戰時,九頭蛇被砍斷頭顱後,依然可以不斷再生。在現代,X戰警系列電影中的金鋼狼,也具有驚人的再生能力,傷口可以在短短幾秒內恢復。從這兩個故事看來,人類從古至今對於再生能力既恐懼又羨慕。


再生並非只存在傳說中,自然界也有奇蹟存在。例如,蠑螈雖然是低等的脊椎動物,但被截斷的手臂切面,可以再長出神經、骨頭、血管與肌肉,再生出完好的手臂。斑馬魚和渦蟲,也都具有很強的再生能力。


蠑螈需花費30至60天才能再生一隻完好的手臂,不像金鋼狼那麼誇張,可以瞬間再生。若我們能了解哪些關鍵會觸發再生機制,也許有一天人類也可以斷肢再生。


「所有人都對再生充滿好奇,並不是科學界才對再生研究感興趣!」在陳振輝的實驗室,研究團隊正透過科學化的方法,以斑馬魚為研究對象,探索傷口修復和複雜組織再生過程中,細胞們如何運作。


透過斑馬魚畫出「再生藍圖」


人類的肢幹一旦受傷斷裂,傷口癒合後就形成斷肢,無法再生。但若是截斷斑馬魚尾鰭、用強光破壞視網膜、用細針攪爛一側的大腦,甚至剪斷脊椎這種極端方式,斑馬魚都可以完整再生這些複雜組織。


以脊椎再生的模式為例,斑馬魚一開始會因缺乏神經連結而無法游動,躺在水缸底兩個禮拜。但待神經重新連結、表皮癒合後,斑馬魚又能再次成為一尾活龍、游來游去。


透過這段觀察,陳振輝團隊想回答兩個問題:再生如何發生?再生機制為何會發生?


再生機制,涵蓋「表皮細胞、骨頭細胞、神經細胞、血管細胞」等運作,就像蓋一棟房子,需要不同材料、不同步驟進行。例如,殘肢上的細胞要移動、增生、分化產生新組織,同時也要跟舊組織溝通整合,來讓新生的手臂或尾鰭具有正確的大小、形狀和功能。


陳振輝透過Skinbow多顏色細胞標誌技術,以不同顏色標記斑馬魚體內不同的細胞,觀察再生過程中細胞如何移動、如何分工合作,藉以建立一個工程藍圖。同時,他也運用這個藍圖,展示三維空間裡各式細胞如何互動、建構複雜組織,並觀察能否移轉到其他生物上,也蓋出名叫「再生」的房子。 


本文出自:《研之有物:見微知著!中研院的21堂生命科學課》,時報出版