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當科幻電影成為可能 淺談肢體再生

2017-10-29 13:17聯合報 李宣書/台大生物科技研究所教授、台大醫院內科部主治

我曾問一個小學生:「如果你可以製造器官,最想製造什麼?」

他給了一個讓我很驚訝的答案:「我想要製造一對翅膀!」製造身體原來沒有的翅膀當然不容易,但是我們自己原有的肢體如果斷了,有可能再生回來嗎?

構造像人類 蠑螈能再生

人類肢體受傷後,傷口結疤,無法再生。但是蠑螈不但不結疤,還會完整再生出來失掉的部分。這種一再重複再生的能力,於1768年就被發現了。

牠們的手、腳其實跟人類類似,由骨骼、肌肉、神經、血管、結締組織、皮膚等所構成。這現象引起許多生物學家的好奇與投入研究,大家好奇的是:「為什麼牠們能,而我們人類不能?」也許啟動人類再生能力的奧秘就藏在蠑螈身上。

墨西哥蠑螈,俗稱六角恐龍。 圖/全民健康基金會提供
墨西哥蠑螈,俗稱六角恐龍。 圖/全民健康基金會提供

錯誤再生 恐產生畸形

蠑螈肢體切除後的再生,除了「能夠」外,還要「精準」。這種再生遵循三個原則:第一,從哪裡斷,就從哪裡長,也就是每個部位都具有該部位的訊號,據以啟動再生;第二,往遠身端生長;第三,準確遵照肢體環狀180度面向成型。

目前對這些精準再生的調控機制所知不多,粗淺的研究說明,這些訊息可能藏在結締組織細胞裡的某些細胞內或細胞外因子,這些精準再生的秘密如果不解開,運用到人類再生,可能容易產生畸形。

蠑螈截肢後,傷口表皮下會聚集成一團幹細胞,這個特別的組織叫芽基,類似胚胎發育時要...
蠑螈截肢後,傷口表皮下會聚集成一團幹細胞,這個特別的組織叫芽基,類似胚胎發育時要長出肢體處的肢芽。 圖/全民健康基金會提供

蠑螈肢體再生過程

多年來的研究,勾勒出蠑螈肢體再生的過程。

蠑螈截肢後,跟我們一樣先有血塊凝集,然後傷口癒合比我們更快,合成為「傷口表皮」,再由神經末端釋出的因子作用,轉成為更多層細胞的「尖端表皮冠」。這種表皮變成啟動再生的訊息控制中心,釋放出多種生長因子,促成表皮下的各種細胞進行分化或游離出組織幹細胞,聚集成一團幹細胞,這個特別的組織叫做「芽基」。

芽基類似胚胎發育時要長出肢體處的肢芽,經由這些細胞繁殖、移行、再分化,長出了肢體雛型後,再繼續延長成正確的長度及粗細。所以成體蠑螈受傷後,常被比擬可以重新「進入子宮」進行胚胎時期的發育。(其實蠑螈是卵生,並非在子宮發育)

演化層次高 喪失再生能力?

水螅、渦蟲等無脊椎動物再生能力非常強,到蠑螈都還有不錯的再生力,為何演化到更高等哺乳動物,再生能力就大大退步了?這個大哉問至今仍不明白,只有一些邏輯推演的論述與假說,例如被交易掉(trade off)的假說,是否因免疫反應的發展而交易掉再生能力?這些研究若有突破,人類擁有更強再生能力的夢想,必定可以實現。

未來可能出現改造人?

看過機械公敵(I, Robot)電影的人應該對威爾史密斯扮演的警探印象深刻。那位警探的左手臂在事故中喪失了,後來是植入了更厲害的人工手臂,就成了改造人。

被喻為將改變未來世界的科技創業家——伊隆.馬斯克(Elon Musk),除了是Tesla、Space X、Solar City等公司的執行長外,比較少人知道他最近成立了一家公司Neuralink,顧名思義,就是要把人腦跟電腦連在一起。

這個連結當然也可能讓人腦用意念來控制精密機器手臂,未來以改造人的概念,讓失臂人獲得功能更好的手臂,也許不是不可能的夢!

(本文轉載自肝病防治學術基金會暨全民健康基金會出版《好健康》雜誌第42期。免費肝病諮詢專線:0800-000-583)

箭頭指的地方是蠑螈截肢處。左邊是手肘下切,右邊是手肘上切。經過70天後,從斷肢處...
箭頭指的地方是蠑螈截肢處。左邊是手肘下切,右邊是手肘上切。經過70天後,從斷肢處又再生出失去的部分。 圖/全民健康基金會提供

幹細胞

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