蝌蚪背部移植眼睛(圖:Levin團隊)

美國塔夫斯大學的研究人員在一隻失明蝌蚪的尾部移植了一隻蝌蚪眼睛。手術後,蝌蚪獲得了視力,可以感知顏色,聚焦物體,以及持續跟隨特定的樣式。

 

從黑暗到光明

塔夫斯大學的 Michael Levin 團隊完成了此項工作。他們發現,將眼睛移植到蝌蚪尾部的同時,用 5-羥色胺(serotonin)激動劑藥物——佐米曲坦(Zolmitriptan),可以顯著提高手術的成功率。經過佐米曲坦處理後,蝌蚪的視功能顯著提高,可以感知顏色,聚焦物體,並且持續跟隨特定的樣式。

研究人員發現,移植到蝌蚪尾巴(或者說是背部)的眼睛並非與大腦直接形成連接,而是與脊髓相連。這或許表明,移植的組織或器官可以與脊髓形成神經聯繫,並不一定需要對大腦做手術,就可以形成神經支配,整合到患者的中樞神經系統中。

不同種類蝌蚪的眼睛表型。5-羥色胺受體激動劑對移植眼睛神經再生的影響。(圖:Levin團隊)

用藥物促進神經再生

在再生醫學領域,科學家還沒有完全明白再生出的神經如何整合到人體原有的神經系統中。因此,宿主難以控制處於再生過程中或移植的器官。

Levin 團隊的研究成果首次為人們提示了一種方法,使用一種獲藥品管理局批准的藥物,促進神經支配,重建移植器官和宿主中樞神經系統之間的聯繫。佐米曲坦可以激活 5-羥色胺受體 1B 和 1D(5-HT1B/D)。這兩種受體與神經發育有關,同時,對於移植器官的神經支配、整合和功能都是必須的。

研究結果也表明了大腦的可塑性,在適當條件下,中樞神經系統可以做出適應性調整,以實現特定的連接和功能。就像在本項研究中,蝌蚪的眼睛原本應該長在頭部兩側,移植到尾巴的眼睛不僅是外來物,而且處於非正常位置。然而大腦可以接收到這隻異位眼睛的訊號,幫助蝌蚪產生視覺功能。

研究人員表示,他們希望找到促進神經系統適應再生治療的具體通路,結合批准藥物,提高再生效果。世界上有許多人因為各種各樣的原因需要組織或器官再生,新的再生療法、新開發的藥物,以及輔助診斷,無疑將為人們帶來希望。

 

參考資料:

Blackiston D J, Vien K, Levin M. Serotonergic stimulation induces nerve growth and promotes visual learning via posterior eye grafts in a vertebrate model of induced sensory plasticity[J]. npj Regenerative Medicine, 2017, 2(1): 8.

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