壁虎的“断肢再生”超能力,启迪人类的“再生医学”

来源:科普中国-科教

2024-07-08 13:19:44

你还记得《小壁虎借尾巴》里那只掉了尾巴的小壁虎吗?

小壁虎到处借尾巴,可最后它惊喜地发现,自己又长出了新尾巴。你是不是觉得小壁虎的这个“超能力”很厉害?

这种“超能力”其实就是“再生”。

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我们人类是否也拥有这样的“超能力”呢?

可惜,截至目前,答案是否定的。

你可能会说,我的手划伤后过几天伤口就愈合了,不是再生吗?的确,我们的皮肤、骨骼等在损伤后具有一定的自我再生修复能力,但人体大部分的组织器官,如心脏、神经、软骨,都没有这种能力。

所以,“再生医学”诞生了。再生医学材料是再生医学一个不可或缺的部分。

你也许已经知道,细胞是生命的最小单位。细胞的生长、分化衰老、死亡,决定了生命从诞生、发展到死亡的全过程。

就像我们每个人都有家一样,细胞也不是孤立存在的,它们必须贴附在一些天然的材料上才能活下来并发挥它的作用。这些天然材料被称为“细胞外基质”

再生医学材料就是科学家给细胞“建造”的新“家”这个“家”不仅能模拟细胞外基质,为细胞的生长提供良好的环境,还能指挥细胞发挥自己的作用,把重要的治疗“药物”运输到损伤的部位,激活再生潜能,从而帮助受损组织器官再生修复。

不仅如此,科学家还发现,建造这个“家”的材料本身的特性比如它的组成、结构、表面特性,也都能成为“指挥”细胞的重要信号。也就是说,这些材料具有组织诱导性,因而也可以被称为“组织诱导性生物材料”。

更让人惊叹的是,当新的组织器官慢慢长成,这个“家”完成了自己的使命后,就会逐渐地被降解替代,消失不见。

你可能并不知道,在这一发现的背后,有着一份30 多年的坚持。

1990年,研究固体物理的张兴栋和他的学生发现,被他埋进动物肌肉和皮下的一块多孔的磷酸钙陶瓷,居然“变”成了一块真骨头!

没有生命的材料怎么就“变”成了有生命的组织?

如果能揭开这里面的奥秘,那很多病人不就有希望了吗?

想到这里,已经52岁的张兴栋毅然把自己的研究重点转到了再生医学材料。

“因为这是国家的需要。”回忆起那时的决定,张兴栋院士说。

在给近200只动物做了相同的实验后,1991年,张兴栋满怀信心地在意大利世界生物陶瓷大会上提出自己的结论:“骨诱导性生物材料”,即无生命的生物材料可以诱导有生命的骨形成。

当时国际上普遍认为材料不能诱导组织再生,一个没有生命的东西怎么可能诱导有生命的组织形成呢?这简直就是天方夜谭!质疑声一次次撞击着张兴栋的耳膜:“他一个学物理的懂细胞生物学和分子生物学吗?想法怪异……”

张兴栋并没有退缩,一直坚信自己的结论,因为它“来自我的真实的实验,来自事实”为了验证他的结论,国外派来专家进入他的实验室,和他一起做实验。最终,事实让他们不得不承认,张兴栋的结论是正确的。张兴栋成为世界上首个发现并确认材料可诱导骨形成的人。

此后,张兴栋不断证实并发展自己的理论,首次在世界上提出“组织诱导性生物材料”这一概念。为此,他坚持做了大量实验:“科技创新需要大胆的想象、严谨的实验和坚持不懈的努力,用数据、用事实说话。我从来没有想过要放弃!”

2018年,国际生物材料定义共识会将组织诱导性生物材料列入“生物材料定义”清单,这是由我国科学家首次提出的国际公认的生物材料定义,被来自世界各地参加会议的专家称为“新一代生物材料的概念”。

现在,科学家们在这一概念的基础上,相继研发出了形形色色的再生医学材料,用来修复我们的皮肤、骨骼、软骨,甚至有科学家正在研究可以修复神经、角膜、血管和心脏的材料。

看来,我们人类离拥有像壁虎一样“超能力”的日子并不遥远,你愿意为缩短这一时间而努力吗?

责任编辑:李娇

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