ซาลาแมนเดอร์เทพแห่งไฟฟื้นฟูแขนขาเป็นศูนย์กลางภารกิจซ่อมแซมบาดแผล

การสร้างส่วนของร่างกายที่หายไปนั้นเป็นไปไม่ได้สำหรับมนุษย์ แต่การทำลายรหัสเซลล์ของซาลาแมนเดอร์อาจช่วยรักษาบาดแผลร้ายแรงได้

ซาลาแมนเดอร์เป็นสัตว์ที่น่าทึ่ง หากสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกตัวใดตัวหนึ่งสูญเสียนิ้วมันก็จะงอกกลับมา นอกจากนี้ หากคุณตัดชิ้นส่วนของหัวใจหรือไขสันหลังออก มันจะงอกใหม่ บางทีที่น่าประทับใจที่สุดคือ พวกมันสามารถงอกใหม่ได้แม้กระทั่งขาที่ถูกนักล่าผู้หิวโหยกัด

ซาลาแมนเดอร์ชนิดหนึ่งที่มีชื่อเสียงที่สุดคือ axolotl (Ambystoma mexicanum) ซึ่งพบได้ในทะเลสาบใกล้เม็กซิโกซิตี้

axolotl เป็นปีเตอร์แพนของซาลาแมนเดอร์ตัวจริง แม้แต่ตัวเต็มวัยเจริญพันธุ์ที่มีความยาว 30 ซม. ก็ยังมีคุณสมบัติของช่วงวัยหนุ่มสาวตลอดวงจรชีวิต

เหงือกที่โดดเด่นซึ่งยื่นออกมาจากด้านหลังศีรษะจะคงอยู่จากระยะตัวอ่อนของแอกโซลอเติล ความจริงที่ว่ามันไม่เคยออกจากน้ำตลอดชีวิตนั้นเป็นเรื่องผิดปกติสำหรับสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ

เทพแห่งไฟ

Axolotls ได้รับการตั้งชื่อตามเทพเจ้าแห่งไฟ Aztec Xolotl ซึ่งตามตำนานเล่าว่าปลอมตัวเป็นซาลาแมนเดอร์เพื่อหลีกเลี่ยงการเสียสละ วันนี้ นักวิทยาศาสตร์ศึกษา axolotls ในห้องทดลองของพวกเขา เนื่องจากความสามารถที่น่าทึ่งของพวกมันในการงอกใหม่ของแขนขาหนึ่งหรือสองข้าง

ศาสตราจารย์ Elly Tanaka จากสถาบันวิจัยพยาธิวิทยาระดับโมเลกุลในกรุงเวียนนา ประเทศออสเตรีย กล่าวว่า “ฉันยังรู้สึกทึ่งกับการงอกใหม่ของแขนขา” ซึ่งศึกษาซาลาแมนเดอร์มาเกือบสองทศวรรษกล่าว

ห้องทดลองของเธอมุ่งเน้นไปที่สายพันธุ์ axolotl ที่โดดเด่น แต่ ‘ซาลาแมนเดอร์ทั้งหมดได้ศึกษาดูเหมือนจะสร้างแขนขาขึ้นใหม่’ เธอกล่าว

ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของ โครงการ RegGeneMems ที่ได้รับทุนสนับสนุนจากสหภาพยุโรป ศาสตราจารย์ทานากะกำลังพยายามไขปริศนาที่อยู่เบื้องหลังการที่โมเลกุลสั่งการเซลล์ภายใน axolotl ที่ได้รับบาดเจ็บให้พัฒนาและเคลื่อนที่ ดังนั้นจึงช่วยฟื้นฟูแขนขาทั้งหมดในสัดส่วนและขนาดที่เหมาะสม

การฟื้นฟูนี้เป็นไปได้จนถึงไหล่ และมันเกิดขึ้นราวกับว่าสัตว์นั้นเริ่มมีแขนขา

ในขณะที่มันยังคงอยู่ในขอบเขตของนิยายวิทยาศาสตร์สำหรับคนที่จะปลูกแขนหรือขาขึ้นใหม่ นักวิจัยเชื่อว่าซาลาแมนเดอร์สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการรักษาอาการบาดเจ็บของผู้ป่วยได้ดีขึ้น

ศ.ทานากะกล่าวว่า “เมื่อสูญเสียแขนขา หรือแม้แต่สองแขนขา พวกมันยังเคลื่อนที่ได้สวยเพราะว่ายไปมาได้โดยใช้หาง”

ชุดเซลลูล่าร์

ศาสตราจารย์ทานากะกล่าวว่า “บทเรียนจากซาลาแมนเดอร์คือคุณใช้กลไกระดับโมเลกุลแบบเดียวกับที่คุณทำในระหว่างการพัฒนาแขนขา ด้วยบทเรียนจาก axolotl เราจึงสามารถเพิ่มชุดซ่อมอาการบาดเจ็บของเราเองได้

เมื่อสูญเสียแขนขา axolotl ลิ่มเลือดจะก่อตัวที่บริเวณแผล เซลล์ผิวจะเคลื่อนตัวมาปิดแผลภายในวันเดียว จากนั้นเนื้อเยื่อด้านล่างก็เริ่มจัดเรียงใหม่ โดยขั้นแรกจะสร้างเซลล์ที่สับสน – บลาสเทมา – ที่ดูเหมือนจะขาดการจัดระเบียบใดๆ

บลาสเทมาคือมวลของเซลล์ที่ไม่แตกต่างกันซึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นอวัยวะหรืออวัยวะได้ เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการงอกใหม่ของแขนขาที่ขาด

ในบาดแผลของมนุษย์ เนื้อเยื่อแผลเป็นเกิดจากเซลล์คล้ายกาวที่เรียกว่าไฟโบรบลาสต์ ในซาลาแมนเดอร์ สิ่งมหัศจรรย์เกิดขึ้นภายในไม่กี่สัปดาห์ เซลล์เหล่านี้ย้อนเวลากลับไปเพื่อให้มีความเชี่ยวชาญน้อยลง

พวกเขาฟื้นความยืดหยุ่นเพียงพอที่จะกลายเป็นกระดูก เอ็น เส้นเอ็น หรือกระดูกอ่อน จากนั้นพวกเขาก็ยิงสัญญาณซึ่งกันและกันที่ชี้นำการสร้างส่วนของร่างกายที่ขาดหายไปจากตอไม้

ศาสตราจารย์ทานากะเพิ่งค้นพบว่าสัญญาณสำคัญบางอย่างช่วยในการจัดเรียงเซลล์และเนื้อเยื่อจากสิ่งที่ดูเหมือนสับสนวุ่นวายได้อย่างไร

เธอค้นพบว่าเซลล์ในเนื้อเยื่อที่สร้างใหม่ซึ่งมาจากด้านหัวแม่มือของแขนขาเริ่มสร้างสัญญาณที่แตกต่างจากเซลล์จากด้านนิ้วก้อย

โซนิคเม่น

ศาสตราจารย์ทานากะกล่าวว่า “ด้านหัวแม่มือผลิต FGF-8 (ปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์) และสิ่งนี้บอกเซลล์ด้านพิ้งกี้ว่าพวกเขาจำเป็นต้องผลิตโซนิคเฮดจ์ฮ็อก

โมเลกุลการส่งสัญญาณ Sonic Hedgehog (SHH) ได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่ตัวละครในวิดีโอเกม Sonic the Hedgehog ที่มีชื่อเสียง มีความสำคัญต่อพัฒนาการของตัวอ่อนในสัตว์และมนุษย์

โมเลกุลสัญญาณอีกตัวหนึ่งที่พบในคนเช่นกันคือ FGF-8 ซึ่งมีบทบาทในการซ่อมแซมและพัฒนาเนื้อเยื่อด้วย

เมื่อรวมกัน FGF-8 และ SHH กระตุ้นสภาพการเจริญเติบโตภายในแขนขาที่เสียหายและช่วยควบคุมความสับสนของเซลล์ใน blastema

ศาสตราจารย์ทานากะกล่าวว่า “คุณต้องการเซลล์จากด้านนิ้วก้อยและนิ้วหัวแม่มือของแขนขาเพื่อเข้ามาในบลาสเทมานี้ ดังนั้นคุณจึงมีเซลล์ทุกประเภทที่คุณต้องการสร้างใหม่

นักวิทยาศาสตร์อีกคนที่ทึ่งกับ axolotls คือนักชีววิทยาด้านเซลล์ ดร.แซนดรา เอ็ดเวิร์ดส์ ที่ TU Dresden เธอเริ่มสนใจซาลาแมนเดอร์หลังจากเข้าเรียนหลักสูตรการวิจัยในสหรัฐอเมริการะหว่างปริญญาเอกที่ชิลี และเปลี่ยนเส้นทางอาชีพของเธอ

เธอสมัครเข้าร่วมห้องปฏิบัติการของ Tatiana Sandoval-Guzmán นักวิจัยที่มีชื่อเสียงด้านการซ่อมแซมแขนขา axolotl ที่ Center for Regenerative Therapies Dresden (CRTD)

ดร.เอ็ดเวิร์ดเล่าว่า “ยิ่งฉันได้ยินเกี่ยวกับซาลาแมนเดอร์มากเท่าไหร่ ฉันก็ยิ่งหลงใหลมากขึ้นเท่านั้น” ดร.เอ็ดเวิร์ดส์เล่า และหวังว่างานวิจัยของเธอจะสามารถช่วยเหลือผู้ป่วยได้สักวันหนึ่ง

ความตึงเครียดของเนื้อเยื่อ

ใน โครงการProDistReg ดร. เอ็ดเวิร์ด ส์ Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) ศึกษาว่าความแตกต่างของความตึงเครียดภายในเนื้อเยื่ออาจส่งผลต่อการซ่อมแซมและช่วยให้สัตว์เปลี่ยนสิ่งที่ดูเหมือนความสับสนวุ่นวายของเซลล์ให้กลายเป็นแขนขาที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์

เธอรู้สึกทึ่งกับความจริงที่ว่าการงอกของแขนขานั้นใช้เวลาเท่ากันโดยไม่คำนึงถึงปริมาณของเนื้อเยื่อที่ถูกแทนที่ ซึ่งหมายความว่าแขนขาจะต้องเติบโตเร็วขึ้นเมื่อเอาเนื้อเยื่อออกมากขึ้น

‘สมมติฐานของฉันคือความตึงเครียดหรือความฝืดจะสูงขึ้นในเนื้อเยื่อที่เติบโตช้ากว่า’ เธอกล่าว

อาจดูน่าประหลาดใจ แต่กลไกและความแข็งแกร่งของเนื้อเยื่อสามารถมีอิทธิพลต่อการพัฒนาและการงอกใหม่ รวมถึงพยาธิสภาพต่างๆ เช่น มะเร็ง

มีเครือข่ายคล้ายเว็บที่เรียกว่าโครงร่างโครงร่างภายในเซลล์ สิ่งนี้สามารถรับรู้ถึงแรงกดดันจากภายนอกเมื่อถูกบีบอัด ซึ่งจะเปิดจุดเริ่มต้น (คล้ายกับกล่องไปรษณีย์) ไปยังนิวเคลียสของเซลล์ ทำให้ข้อความระดับโมเลกุลสามารถไหลเข้าและเปิดและปิดยีนได้

‘ในระบบของเรา เราสังเกตว่าระหว่างการสร้างแขนขาใน axolotl เนื้อเยื่อที่อยู่ใกล้กับร่างกายจะนิ่มกว่าและโตเร็วกว่าเนื้อเยื่อที่อยู่ไกลจากร่างกายที่ปลายแขนขา เช่น ซึ่งแข็งกว่า .’

เมทริกซ์เซลล์

ความรู้เกี่ยวกับความตึงของเนื้อเยื่อสามารถช่วยผู้ป่วยบาดเจ็บได้ แม้ว่าผู้ป่วยดังกล่าวอาจได้รับการรักษาด้วยสเต็มเซลล์ในเมทริกซ์ แต่แรงกดดันภายในเนื้อเยื่อของผู้ป่วยอาจมีความสำคัญ

ดร.เอ็ดเวิร์ดส์กล่าวว่า เนื้อเยื่อและเซลล์ของเนื้อเยื่อและเซลล์ในส่วนต่างๆ ของร่างกายอาจมีพฤติกรรมต่างกัน แม้จะอยู่ในโครงสร้างเดียวกัน เช่น แขน เช่น ต้นแขนและต้นแขน ดังนั้นในเวชศาสตร์ฟื้นฟูซึ่งเมทริกซ์ที่ประกอบด้วยเซลล์ถูกปลูกถ่ายลงในบาดแผลขนาดใหญ่ โครงดังกล่าวอาจต้องแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของร่างกายที่จะวาง

แม้ว่าศาสตราจารย์ทานากะจะใช้เวลาส่วนใหญ่ในการศึกษากลศาสตร์ระดับโมเลกุลของการซ่อมแซม axolotl แต่เธอก็คาดการณ์ถึงผลประโยชน์ในอนาคตของผู้ป่วยที่ได้รับบาดเจ็บด้วยเช่นกัน แต่ซาลาแมนเดอร์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีพัฒนาการแตกต่างกัน

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เช่นเดียวกับเรา เมื่อเราพัฒนาแขนครั้งแรก สิ่งนี้จะเกิดขึ้นในระดับเล็กๆ ในตัวอ่อน ซาลาแมนเดอร์นั้นแตกต่างกัน ดูเหมือนว่าจะมีหน่อที่สามารถพัฒนาเป็นแขนผู้ใหญ่ขนาดใหญ่ได้

เซลล์ต้นกำเนิด

ศ.ทานากะกล่าวว่า “เราไม่สามารถขอให้เซลล์ของมนุษย์ทำสิ่งนี้ได้ เพราะมันมีสายที่จะทำงานในระดับเล็กๆ ‘แต่เราอาจสามารถผลิตกลุ่มเซลล์ต้นกำเนิดของมนุษย์ที่สร้างใหม่ได้เหมือน axolotl’

สิ่งนี้อาจเป็นประโยชน์อย่างยิ่ง ตัวอย่างเช่น กับผู้ที่มีบาดแผลไฟไหม้เป็นวงกว้าง การซ่อมแซมผิวนี้ในปัจจุบันไม่ได้ทำให้คนๆ หนึ่งมีต่อมเหงื่อ รูขุมขน และเซลล์ประเภทอื่นๆ แต่บทเรียนจากซาลาแมนเดอร์อาจทำให้สิ่งนี้เกิดขึ้นได้

ศาสตราจารย์ทานากะกล่าวว่าการรีเซ็ตไฟโบรบลาสต์เหล่านี้ ซึ่ง axolotl ทำ อาจเกี่ยวข้องกับการรักษาที่ดีขึ้นในบาดแผลที่มีขนาดใหญ่มาก เช่น จากแผลไฟไหม้

การวิจัยในบทความนี้ได้รับทุนจาก European Research Council และ Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรก  ใน Horizonนิตยสาร EU Research and Innovation 

หน้าแรก