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发现对于了解再生伤口修复和诊断策略具有重要意义

在扩展再生和伤口修复生理学知识的研究中,塔夫茨大学的生物学家发现,一个肢体的截肢立即反映在发育中的青蛙的对侧或相对的未受损肢体的生物电特性中。未受伤腿部的生物电去极化模式与损伤的位置和类型直接相关,表明在受伤后约30秒内,对称对应物可获得有关组织损伤的信息。新发现的现象,称为“生物电伤害镜像”或BIM,将在发表在“发展”杂志上的论文中详细描述。

生物电现象是由通过主动泵送或被动地将带电离子扩散进出细胞而在其膜上产生电势的细胞引起的。大多数细胞都能够做到这一点,高压和低压电位的模式有助于在胚胎发育过程中指导细胞的增殖和分化,以及组织和器官的模式化。生物电状态也与再生有关 - 研究人员已经能够改变生物电状态,以诱导已经成熟超过再生能力的蝌蚪尾部再生。对再生的生物电贡献的研究主要集中在伤口周围的区域。“但是,我们希望看得更远一点,”研究的第一作者Sera Busse说,他在2018年5月从塔夫茨大学毕业并获得生物学学位之前,作为一名本科生进行了这项研究。“我们知道生物电位可以表现出对称性我们询问是否有可能伤害造成的模式也可能在远处对称地反射。“

Busse,博士后学者Patrick McMillen博士和Michael Levin,博士,Vannevar Bush艺术与科学学院生物学教授和塔夫茨大学艾伦探索中心主任,设计实验使用荧光染料,可以揭示皮肤上层的电去极化模式。当Busse截肢仍然处于再生阶段时,染料显示出一种显着的现象:未受伤的腿表现出生物电状态,反映了对侧发生的伤害的位置和类型,效果立竿见影,发生在5秒。“这个结果令人惊讶的是,不受伤的腿部的去极化不仅检测到另一侧受伤的存在,还反映了切割位置的信息,”莱文说。

研究人员考虑通过中枢神经系统或脊髓进行典型的神经沟通是否传达了这些信息,但当中枢神经系统通信中断时,BIM信号没有减弱。结果表明肢体之间的远距离通信是通过细胞 - 细胞机制发生的,这种机制可能是更熟悉的神经信号传导的进化前体。

“展望未来,我们将采用更精确的遗传编码电压传感工具,它可以提供比染料更多的定量和更深的组织信息,以及机器学习方法,从生物电信号中提取不同类型损伤的特征,提供更多高度解析对BIM现象的理解,“莱文说。接下来的步骤涉及了解体内这种远程信号传导的机制和信息内容,并可能为许多不同的疾病状况开发替代现场诊断。除了在塔夫茨大学本科期间进行领先的研究,Busse还是一个全国性的竞争者,10次美国攀岩队员和美国全国冠军。另外两位作者,McMillen和Levin,也是塔夫茨大学的前本科生。

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