人類有跟斑馬魚一樣的再生基因,為何斷肢長不回來?專家揭「再生能力」的驚人真相

2022-03-31 16:25

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環顧陳振輝實驗室中色彩繽紛的照片,彷彿藝廊展覽。照片中所採用的Skinbow 多顏色細胞標誌技術,點子來自於陳振輝在美國杜克大學醫學院的細胞生物學實驗室中,看到同事維卡斯‧ 古普塔(Vikas Gupta)成功運用Brainbow 多顏色細胞標誌技術,觀察斑馬魚心臟的發育與再生過程。

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Brainbow 由吉恩‧ 李維特(Jean Livet)於2007 年時建立,當初是為了觀察老鼠的大腦神經,其基本原理是利用基因重組的方式,隨機將紅綠藍三原色的螢光蛋白,在個別細胞上表現不同的數量。如此一來便能產生上百種顏色,標誌每一顆細胞,並且觀察每顆細胞的運作狀態。

結合「大腦」的實驗及「彩虹」般的色彩表現,這個以多種顏色標誌細胞的技術,便稱為Brainbow。

Skinbow 多顏色細胞標誌技術。(圖/研之有物編輯群提供)
Skinbow 多顏色細胞標誌技術。(圖/時報出版提供)

Skinbow

將紅、綠、藍(光的三原色)螢光蛋白標誌疊合之後,可以產生上百種不同顏色來標誌不同的表皮細胞,讓同個細胞在組織再生的過程中,能被長時間追蹤觀察。

陳振輝團隊轉化這項技術,運用在觀察斑馬魚的「表皮細胞」再生運作情況,並另名為Skinbow。經過多次嘗試,Skinbow 能用來標誌斑馬魚成魚的尾鰭、鱗片、眼球,甚至整隻仔魚的表皮細胞。

透過Skinbow 多顏色細胞標誌,便可以觀察斑馬魚的表皮細胞,在面對不同的傷害情況下,如何集體反應、合作、再生以恢復原來的組織構造。例如,截斷斑馬魚的尾鰭後,細胞的移動方式是「沿著截斷面長出新細胞」,或是「舊組織的細胞往截斷面移動」?透過Skinbow 可以清楚看見,舊組織的表皮細胞會先移動到截斷面要增生的部分,然後才在原本的舊組織長出新的表皮細胞。

以斑馬魚作為模式生物

為何團隊會以斑馬魚來研究?而不選擇蠑螈?

追蹤被標記為綠色的表皮細胞移動

透過Skinbow 看到斑馬魚被截斷的尾鰭上,「舊」組織的表皮細胞(以綠點為例),會往截斷處移動、修補,而非立即從截斷處長出「新」細胞。

陳振輝表示,斑馬魚作為模式生物已經有20多年的歷史,過去科學家利用斑馬魚胚胎來研究脊椎動物的發育過程,累積了足夠的遺傳學基礎和研究方法。

另一個主因是斑馬魚在高倍顯微鏡下較易觀察。光是在顯微鏡下觀察尾鰭再生的研究過程就要持續20天,但蠑螈太大隻,要持續進行觀察較為困難,因此容易麻醉、方便長時間觀察是考量因素之一。生長週期也是另一關鍵,蠑螈的成長過程需要數年,而斑馬魚只要3個月。

我們將斑馬魚泡在誘發基因突變的藥水中,觀察哪隻斑馬魚在截斷尾鰭後變得「不會再生」,由此找出是哪個基因出問題,這可能就是觸發再生的關鍵。

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