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探索再生迷幻世界的陈振辉


2020-07-12


探索再生迷幻世界的陈振辉

撰稿/魏妤庭

「再生」,这个从以前到现在不停出现在电影场景中的能力,无论是金钢狼的子弹自癒,或是哈利波特的生骨药,人们想透过各种方法一窥再生的世界。这个谜一般的领域,今年 TEDxTaipei 年会邀请到中研院的陈振辉研究员,来帮大家拨开未来的迷雾。但在此之前,我们也先跟教授聊聊他对再生的想法:

Q: 再生研究最让您着迷的部分是什幺?

那肯定是「再生速度」。以蝾螈举例,成体要花 5-10 年时间才能长成,但被切除手臂的蝾螈,再生完整手臂的时间只需要 30-60 天。斑马鱼也是从仔鱼到成鱼要花 3 个月,但再生完整尾鳍只需 7-14 天。

比较下来,再生的「速度」非常快。

另外一个很有趣的现象,如此快的生长速度,又是什幺讯号告诉牠「欸,差不多该停了。」才能让再生回来的器官不会过大或过小,就这幺刚刚好回到本来的样子。

心里出现个疑问:这个机制是怎幺触发,怎幺踩煞车的?

无论是斑马鱼尾鳍的特定形状,或蝾螈手指数目,再生出来都不会混乱,真的很神奇!但目前学界对「再生总能长得刚刚好?」还了解得很少,这也是我们有兴趣探索的方向。

在实验室里,我们分析了几万只突变鱼的再生能力,可以找到不会再生的基因突变鱼,但目前为止还没有找到因为突变,受伤再生后会长的比原本尾鳍长的斑马鱼。这个「踩煞车」机制的运作还很不清楚,或许我们也需要回头调整评估机制,毕竟少长 20% 会比多长 20% 的组织容易观察。

学界目前对再生反应如何「触发与踩煞车」的机制还很不清楚。这是我们很感兴趣的研究方向。

探索再生迷幻世界的陈振辉
Q:「成长」与「再生」不一样在哪里?

我们观察到有些基因在成长与再生的过程,同样会被触发

对我来说发育跟再生的比较很有趣。我们发现,很多再生触发的基因,也在发育过程中扮演重要角色,这些可以再生的生物,受伤后能「重启」发育过程。但「再生」跟「发育」最大的不同点在于, 再生是种「受伤反应」,而且速度惊人,原本需要几年的时间,却能浓缩在几天或是几个月内完成。

Q: 新长回来的再生器官/组织,是新还是旧?

再生后的部位,新还是旧的讨论一直是很有趣的议题。

举斑马鱼的尾鳍再生为例,研究过程经常可以观察到新长出来的部位,最一开始跟原部位有不太一样的色素沈澱,要过一段时间才会慢慢恢复。但是新长出来的组织或器官是全新或只是回到被破坏之前的状态,不是容易回答的问题。要如何精确定义组织细胞的年纪是一个挑战。

拿涡虫这种很会再生的动物来举例,食物充足的情况之下,牠可以持续的自体分裂。分裂后有头就长尾、有尾就长头,那谁是余命比较短的爸妈,谁是余命比较长的小孩呢?

父代子代、新与旧的界线,对于很会再生的生物,或许是模糊的。

探索再生迷幻世界的陈振辉
Q: 如果对有再生能力的动物,将他们身体各部分定期破坏一轮,是否会延长寿命?

这样的实验蛮有意思的,好像还没有人做过。

不过「再生」的组织,是从既有的体细胞长出来,体细胞的 DNA 作为遗传物质已经受损的部分也会连带複製到新再生的部位,像是阳光照射而产生的 DNA 突变,不会是回到个体初始无受损的状态。

Q: 目前学界对于「再生」的研究,有没有能够应用于医疗领域的阶段性成果呢?

以严谨的研究成果来说,目前还没有可以直接应用在医疗上的成果,这是很多实验室还在努力的目标。

我们虽然对斑马鱼的再生机制有一定程度的理解,但是对其他物种的认识还不够全面。前一阵子我读到一篇文献,有实验室将斑马鱼视网膜的再生基因,转移到老鼠的视网膜上,观察到这个基因可以帮助再生老鼠受伤的视网膜细胞,但是是否就能让老鼠的视力有功能性的恢复?还需要更多的研究。

目前「再生医学」临床上的应用还是辅助的角色 ,例如改进软骨修复的医学材料,但并不是如同重新长出一个器官这样大规模的自然再生,要达到这种突破还需要很多的基础研究。

Q: 当前对「再生」的研究,有没有特别觉得需要警醒或是注意的地方呢?

就目前技术的发展,我确实会期待人类有一天能透过诱发自然再生的能力而活得更长寿健康。不过这些科学前景要实现,时间点是在未来的 20、30 年之间,不会是当下可以运用的。

观察报章杂誌,「干细胞」、「再生」的相关研究出现在人们的眼前,在世界上有些地方、一些私人诊所,会培养干细胞直接运用在医疗行为中。许多人抱持「试试看」的心态,但很多相关的医疗行为都未经过严谨的临床试验。

身为研究人员,我认为不应过度诠释当前基础研究的成果,我们应保持乐观,但不该相信未经验证的治疗方法。

探索再生迷幻世界的陈振辉
Q: 有关「再生技术」的未来可能应用,有没有可能出现什幺样的争议?

之前有一个实验,科学家将年老的老鼠与年轻的老鼠身体血液循环联通,结果年老的老鼠毛色重新变得有光泽,且多方面的生理活性获得改善。

这样「返老还童」的技术是有可能突破的,让人变健康,是大家都想要的结果。一个新的医疗技术发展,最初价格一定非常昂贵,无法让每个人使用。

就举最近癌症免疫疗法来说,免疫疗法对恶性黑色素瘤特别有效,部分患者能治癒。这个方法要应用在其它种类的癌症目前还有很多挑战要克服。就算想要冒险一试,昂贵的治疗价格也是无形的障碍。

新技术出来,并不是每一个人都有机会。当技术进展到攸关人命的公平性,就有进一步思考的空间。

可以参考美国早期洗肾技术刚出来时的状况。这项技术被发明前,被诊断肾功能衰竭的病人,在末期几乎没有存活的机会。而洗肾机的出现,可以很有效率延长病人寿命,但长期重複的洗肾费用也会压垮个人财务。当攸关人命的技术出现时,是不是应该强制纳入健康保险来给付呢?

当洗肾被证实是病人唯一可以存活且很有效的方法,这样的权益就需要提出来讨论是否该被保障。如果再生技术的医疗益处,有一天被发展到如同洗肾般影响人的生命权,那幺资源取得不均,就会是个问题。

Q: 从研究经验中,「再生」领域还有什幺部分是重要,也希望更多人参与研究的方向呢?

这个领域其实还有很多未知、 值得探索的方向。我列举一些例子:

不同物种的再生研究 :很多物种其实都有再生能力,但我们对他们的认识都很有限,学界研究比较多的是斑马鱼、蝾螈、涡虫,但水螅、蜗牛、蚯蚓也很会再生。不同物种的再生机制是如何呢?对他们有更多的了解,我们才有机会发展、测试不同的策略来再生组织器官。值得一提的是,不同品系的蝾螈,再生机制可能不一样,几年前的研究发现很会再生手臂的蝾螈,其中一个品系是加速肌肉细胞分裂来完成再生,另外一个品系则是用干细胞,细胞层级的调控机制不同。

再生能力怎幺进化的 :涡虫的再生能力很强,但近年来也发现演化亲缘关係接近的涡虫,有不会再生的版本。其他诸如蝾螈、蜥蜴这些动物,也有演化道路接近,但不会再生的品系,演化的过程到底发生什幺事情,才让这些动物有不同的再生能力?是不是存在关键的「再生基因」可以控制再生能力?

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