사지 재생에 대한 오랜 믿음에 도전하는 새로운 연구

사지 재생에 대한 오랜 믿음에 도전하는 새로운 연구
이 발견은 재생이 인간 의학에서 어떻게 작용할 수 있는지에 대한 생각의 전환을 제시합니다.
날짜:
2022년 7월 5일
원천:
텍사스 A&M 대학교
요약:
연구자들은 포유류가 신체의 손상된 부분을 재생하는 방법에 대한 수백 년 된 믿음에 도전하고 있습니다. 인간에서 자연적인 재생 능력은 표피와 같은 조직, 피부의 가장 바깥쪽 층, 간과 같은 일부 기관으로 제한됩니다. 다른 종, 특히 도롱뇽은 뼈, 관절, 심지어 전체 팔다리와 같은 복잡한 구조를 재생하는 능력을 가지고 있습니다. 결과적으로 과학자들은 언젠가 인간의 더 광범위한 재생을 유도하기 위해 이러한 메커니즘을 번역하기 위해 사지 재생 이면의 메커니즘을 이해하기 위해 200년 이상 동안 이 종을 연구해 왔습니다. 그 연구는 사지 재생의 가장 큰 열쇠는 신경의 존재라는 일반적인 믿음으로 이어졌습니다.

Ken Muneoka는 재생 분야를 파괴하는 데 낯선 사람이 아닙니다. 예를 들어, 2019년 Nature 에 발표된 획기적인 간행물에서 Texas A&M University College of Veterinary Medicine & Biomedical Sciences(CVMBS) 교수는 포유류에서 관절 재생이 가능하다는 것을 처음으로 증명했습니다.

이제 그의 팀은 포유류가 신체의 손상된 부분을 재생하는 방법과 관련된 이 분야의 기초 과학에 대한 수백 년 된 다른 믿음에 다시 도전하고 있습니다.

인간에서 자연적인 재생 능력은 표피와 같은 조직, 피부의 가장 바깥쪽 층, 간과 같은 일부 기관으로 제한됩니다.

다른 종, 특히 도롱뇽은 뼈, 관절, 심지어 전체 팔다리와 같은 복잡한 구조를 재생하는 능력을 가지고 있습니다. 결과적으로 과학자들은 언젠가 인간의 더 광범위한 재생을 유도하기 위해 이러한 메커니즘을 번역하기 위해 사지 재생 이면의 메커니즘을 이해하기 위해 200년 이상 동안 이 종을 연구해 왔습니다.

그 연구는 사지 재생의 가장 큰 열쇠는 신경의 존재라는 일반적인 믿음으로 이어졌습니다.

Muneoka의 최근 발표된 두 연구에 따르면 도롱뇽과 다른 종들에게는 사실일지 모르지만 포유류에서는 그렇지 않다고 합니다. 작년에 Journal of Bone and Mineral Research 에 발표된 첫 번째 연구 는 기계적 하중(영향을 받는 부위에 힘을 가하는 능력)이 포유류에게 요구되는 사항임을 입증했습니다. 올해 초 Developmental Biology 에 발표된 두 번째 논문 은 신경이 없어도 재생이 억제되지 않는다는 사실을 확인했습니다.

함께, 이러한 발견은 재생이 인간 의학에서 어떻게 작용할 수 있는지에 대한 생각에 상당한 변화를 제시합니다.

Muneoka는 "이 두 연구에서 보여주는 것은 재생을 위해 신경이 필요하다는 2세기의 도그마를 상쇄합니다."라고 말했습니다. "포유류에서 그것을 대체하는 것은 신경이 아니라 기계적 부하가 필요하다는 것입니다."

기계적 부하의 중요성

과학자들은 포유류의 재생을 유도하기 위해 영향을 받은 지역에 두 가지가 있어야 한다고 오랫동안 믿어왔습니다. 첫 번째는 세포를 자극하여 신체의 일부를 재성장하고 재구성할 수 있는 분자인 성장 인자입니다.

자연 재생에서는 종마다 그리고 재생되는 영역에 따라 달라지는 이러한 성장 인자가 신체에서 생성됩니다. 인간에 의한 재생을 위해서는 이러한 성장 인자를 해당 부위에 도입해야 합니다.

필요하다고 생각되는 두 번째 요인은 신경이었습니다. 이 믿음은 전체 팔다리도 더 이상 사용할 수 없는 영역, 일반적으로 손가락 끝, 신경이 없는 영역에 대한 이전의 많은 인간 유발 포유류 재생 연구에 근거했습니다.

그 연구는 예측된 결과를 가졌을 것입니다. 성장 인자가 도입되었을 때 재생이 일어나지 않아 다른 종과 마찬가지로 신경이 재생의 필수 조건이라는 결론에 이르렀습니다.

그러나 기계적 부하 측면은 무시되었습니다.

그들의 연구에서 Muneoka와 동료들은 한 걸음 물러서서 "정말 신경이 쓰이는가, 아니면 기계적 부하의 부족도 방정식의 일부입니까?"라는 질문을 하기로 결정했습니다.

Muneoka 연구실의 전 대학원생이자 두 가지 새로운 연구의 제1저자인 Connor Dolan(현재는 Walter Reed National Military Medical Center에서 일하고 있음)은 우주 비행사에게서 영감을 받아 포유류의 신경절 요구 사항을 테스트하는 방법을 고안했습니다.

뒷다리 서스펜션(hindlimb suspension)이라고 불리는 이 기술은 NASA와 다른 과학자들이 수십 년 동안 포유류가 무중력 환경에 어떻게 반응하는지 테스트하는 데 사용되었습니다. 큰 동물의 다리에 대한 의료 절차 중에 동물이 영향을 받는 사지에 체중을 가하는 것을 방지하기 위해 유사한 과정이 사용됩니다.

무네오카는 "돌란은 팔다리가 매달려 있을 때 신경이 많이 남아 움직일 수 있음에도 불구하고 실제로 팔다리에 압력을 가할 수 없어 손가락 끝이 재생되지 않는다는 것을 발견했다"고 말했다. "완전히 재생을 방해했을 뿐입니다."

그러나 기계적 부하가 회복되자마자 재생은 구출됩니다.

무네오카는 "정학 기간 동안 아무 일도 일어나지 않는다"고 말했다. "하지만 부하가 다시 발생하면 몇 주 동안 지연이 있지만 다시 재생되기 시작할 것입니다."

그 첫 번째 단계는 신경이 필요할 수 있지만 기계적 부하가 재생에 중요한 구성 요소임을 증명했습니다.

연구에서 한 걸음 더 나아가 Dolan의 두 번째 간행물은 쥐가 한 손가락에는 신경이 없지만 다른 손가락에는 신경이 필요하지 않은 경우 신경이 상실된 손가락에 여전히 힘을 가하고 있음을 보여줌으로써 신경이 필요하지 않음을 보여주었습니다. 그 숫자는 여전히 재생성됩니다.

Muneoka는 "그는 재생 속도가 조금 느리지만 완벽하게 정상적으로 재생된다는 것을 발견했습니다."라고 말했습니다.

연구의 결과

Muneoka는 그들의 연구가 이전 연구가 틀렸다는 것이 아니라 인간에게 직접 적용되지 않는다는 점을 재빨리 지적합니다.

Muneoka는 "도롱뇽에 대한 많은 연구에서 신경을 제거하면 신경이 재생되지 않는다는 것을 증명했습니다."라고 말했습니다. "연구원들은 또한 신경에 의해 생성되는 성장 인자를 세포에 넣고 재생을 구출할 수 있었습니다.

"따라서 도롱뇽이 재생하려면 신경이 필요할 것입니다."라고 그는 말했습니다. "그러나 우리가 인간의 팔다리를 재생하려면 쥐에서 일어나는 일과 훨씬 더 비슷할 것입니다."

20여 년 전에 재생을 처음 보기 시작한 이래로 Muneoka의 많은 아이디어는 재생에 대해 일반적으로 받아들여지는 이론에 반대하는 방향으로 밀려났습니다. 그는 이 두 논문을 출판하는 데 원래 함께 제출하려고 했기 때문에 거의 3년이 걸렸다고 말했습니다.

"많은 과학자들이 이 아이디어를 받아들이지 않습니다."라고 그는 말했습니다. "많은 사람들의 경력은 신경 연구와 신경이 재생에 미치는 영향에 따라 달라집니다. 연구 결과에 따르면 인간의 경우 신경이 필요하지 않을 것입니다. 도롱뇽과 물고기는 창밖으로 나간다."

길을 내려다보며

포유류에서 재생에 신경이 필요하지 않다는 것은 학문적 요점처럼 보일 수 있습니다. 결국 사람이 신경이 없어서 감각도 조절도 할 수 없다면 팔다리를 재생한다는 것이 무슨 소용이겠는가. 그런 의미에서 신경은 여전히 ​​퍼즐의 중요한 부분이 될 것입니다.

무네오카의 관점에서 보면 신경을 재생의 필수 요소로 생각하는 대신 재생이 필요한 부분의 일부가 신경이라는 점입니다.

CVMBS의 수의 생리학 및 약리학(VTPP) 부서장인 Larry Suva는 이전에는 아무도 부하 측면에 대해 생각조차 하지 않았다는 것이 문제라고 말합니다.

Suva는 "병사가 그루터기로 남겨진 폭발 부상을 생각해 보세요. "이 논문이 나올 때까지 아무도 기계적 영향의 요구 사항에 대해 생각조차하지 않았습니다. 당신은 사람들에게 신경이 끊어진 동물이 재생되지 않는 것을 보았고 신경이 잘렸기 때문이라고 생각하지만 아무도 기계적 영향을 연구하지 않았습니다. 부하 측면."

Suva가 말했듯이 과학은 빛이 가장 좋은 곳을 찾는 사람들로 가득합니다.

그는 “나는 뼈를 다루는 일을 하기 때문에 문제가 생겼을 때 뼈의 문제를 본다”고 말했다. "신경을 연구하는 사람들은 신경만 봅니다. 그래서 무네오카 박사와 같은 사람이 한 발 물러서서 보다 전체적인 관점을 취하는 경우는 매우 드뭅니다.

Suva는 "바로 이것이 그가 이 아이디어를 200년 된 데이터에 가져온 것입니다."라고 말했습니다. "이제 우리는 기계적 영향이 매우 중요하다는 것을 알고 있기 때문에 이제 다른 렌즈를 통해 재생을 봐야 합니다."

신경에 초점을 맞춘 연구 결과 중 하나는 과학자들이 신경이 생성하는 성장 인자를 재생성할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 연구자는 신경이 존재하지 않더라도 도롱뇽에서 재생을 시작할 수 있습니다. Suva는 이러한 새로운 발견으로 과학자들이 포유류에서 재생을 시작하려면 기계적 부하 측면에서 동일한 작업을 수행해야 한다는 것을 알게 될 것이라고 말했습니다.

"과학자들은 이미 신경이 여전히 존재한다고 생각하도록 신체를 속일 수 있었습니다."라고 그는 말했습니다. "하지만 이제 그들은 이전에 해보지 않은 기계적 부하가 있다고 생각하도록 속여야 한다는 것도 알고 있습니다."

세포는 기계적 부하 하에서 다르게 반응하기 때문에 어떻게든 그 부하가 세포 내부에서 생화학적으로 번역됩니다.

Muneoka는 "기계적 부하가 세포에 미치는 영향에 대한 생화학적 기초를 조사하는 실험실은 소수에 있습니다."라고 말했습니다. "생화학적 신호를 이해할 수 있다면 기계적 부하의 물리적 힘은 세포에서 동일한 신호를 생성하는 일종의 분자 칵테일로 대체될 수 있습니다."

완전한 인간 재생을 향한 길의 끝은 여전히 ​​먼 미래일 수 있지만 Suva는 이러한 종류의 사고 방식의 근본적인 변화가 그 길의 주요 표지라고 말합니다.

"인간 사지의 재생은 여전히 ​​공상과학 소설일 수 있지만 우리는 그것에 대해 몇 가지 사실을 알고 있으며 이제 성장 요인과 함께 기계적 부하가 있어야 한다는 것을 알고 있습니다."라고 그는 말했습니다. "그것은 미래의 과학자와 엔지니어가 이 문제를 해결하는 방법을 바꿉니다.

"인간의 팔다리 전체를 재생하는 것이 가능하기 전에 해결해야 할 복잡한 문제가 여전히 많이 있지만 Muneoka 박사의 발견은 우리가 올바른 문제를 해결하고 있는지 확인하는 중요한 다음 단계입니다."