Nínú eku, ìtọ́jú growth factor ìgbésẹ̀ méjì tún àwọn egungun digit tí a gé kúrò hù — láìpéye

Ìbéèrè Aristotle, tí a béèrè lórí ìka ẹsẹ̀ eku

Kí ló dé tí salamander fi lè tún gbogbo ẹsẹ̀ tí a gé kúrò hù — egungun, iṣan, nerve, awọ ara, gbogbo rẹ̀ — nígbà tí eku, tàbí ènìyàn, kàn wo ọgbẹ́ kùkùté náà sàn tí ó sì dúró? Ìbéèrè náà ti pẹ́: ìwé náà sọ pé ó padà dé Aristotle, ní ohun tó ju ẹgbẹ̀rún ọdún méjì sẹ́yìn. Àwọn ẹranko tó lè ṣe é máa ń tún apá tí ó sọnù hù láti inú òkìtì sẹ́ẹ̀lì kékeré tí kò tíì ní iṣẹ́ àkànṣe, tí a ń pè ní blastema, tó kóra jọ sí ọgbẹ́, tó sì tún ohun tí ó sọnù kọ́. Ọ̀pọ̀ ẹranko ọmú kì í dá a sílẹ̀ rárá. Àwa ń fi àpá ti ọgbẹ́ pa ọgbẹ́ mọ́.

Nítorí náà, ìwé tí àkọlé rẹ̀ jẹ́ “ìtún-hù digit nínú eku” dé sí àárín ọ̀kan lára àwọn ìbéèrè tí kò tíì ní èsì tó dàgbà jù lọ nínú biology — àti, láìpẹ́ yìí, sí àárín ariwo púpọ̀. Béèrè lọ́wọ́ íńtánẹ́ẹ̀tì ohun tí ó sọ, a ó sọ fún ọ pé ènìyàn ti fẹ́ bẹ̀rẹ̀ sí í tún ìka àti ẹsẹ̀-ọwọ́ tó sọnù hù. Ohun tí ó sọ tóóró sí i, ó ṣàjèjì sí i, ó sì fani mọ́ra sí i: nínú eku, níbi tí gígé digit kan ti sábà máa ń sàn pẹ̀lú àpá, growth factor méjì tí a fi sí i ní ìtòlẹ́sẹẹsẹ tó tọ́ — FGF2 kọ́kọ́, lẹ́yìn náà BMP2 — mú kí kùkùté náà tún egungun tí ó sọnù kọ́. Kì í ṣe gbogbo ẹsẹ̀-ọwọ́. Kì í ṣe nínú ènìyàn. Kò pé. Ṣùgbọ́n ọgbẹ́ tí ẹranko ọmú sábà máa ń fi fibrosis pa mọ́ ni a mú kí ó tún ara rẹ̀ hù, èyí sì ni èsì tó yẹ ká lóye.

Ohun tí àwọn òǹkọ̀wé ṣe

Digit eku jẹ́ ọ̀kan lára ibi díẹ̀ tí ẹranko ọmú ti lè tún ohunkóhun hù. Gé digit ní orí rẹ̀ gan-an, yóò tún hù; gé e ní ìsàlẹ̀ sí i — kọjá egungun kejì ti digit, phalanx P2 — kò ní tún hù. Kùkùté náà máa ń sàn pẹ̀lú àpá, yóò sì dúró. Gígé P2 tí kò tún hù yẹn, nínú àwọn eku tí a ṣẹ̀ṣẹ̀ bí, ni model tí àwọn òǹkọ̀wé mọ̀ọ́mọ̀ lò: ọgbẹ́ kan níbi tí ẹranko ọmú ti máa ń kùnà láti tún ara hù ní gbogbo ìgbà.

Wọ́n fi protein signalling méjì sí i, ọ̀kan lẹ́yìn òmíràn. Ọjọ́ díẹ̀ lẹ́yìn gígé, nígbà tí ọgbẹ́ ti ti, wọ́n fi bead kékeré kan tó ń tú FGF2 (fibroblast growth factor) sílẹ̀ sínú rẹ̀. Ọjọ́ márùn-ún lẹ́yìn náà, wọ́n fi bead kejì tó ń tú BMP2 (bone morphogenetic protein) sílẹ̀. Lẹ́yìn náà, wọ́n tọpinpin àwọn digit náà fún ọ̀sẹ̀ mélòó kan pẹ̀lú micro-CT scan àti tissue staining, wọ́n ṣe sequencing àwọn sẹ́ẹ̀lì ọgbẹ́ lọ́kọ̀ọ̀kan, wọ́n sì lo genetic labelling láti tọpinpin ibi tí sẹ́ẹ̀lì ọgbẹ́ kọ̀ọ̀kan parí sí.

Ohun tí wọ́n rí

FGF2 nìkan dá ohun èlò àkọ́kọ́ sílẹ̀, ṣùgbọ́n ó ṣọ̀wọ́n kí ó mú èsì wá. Ó mú kí ọgbẹ́ kó ọ̀pọ̀ sẹ́ẹ̀lì tó ń pín, tó dà bí blastema, jọ — ìkójọpọ̀ sẹ́ẹ̀lì tó ń darí ìtún-hù gidi nínú ẹranko bí salamander — ó sì tan àwọn gene tí blastema ń lò. Ṣùgbọ́n fúnra rẹ̀, ó sábà máa ń dúró síbẹ̀: nǹkan bí 70% digit tí a tọ́jú kò hù egungun tuntun kankan, nǹkan bí 30% nìkan ló dá egungun kan tó wà ní ibi tí kò tọ́ sílẹ̀.

FGF2 lẹ́yìn náà BMP2 parí iṣẹ́ náà — láìpéye. Nígbà tí bead BMP2 tẹ̀lé bead FGF2, gbogbo digit tí a tọ́jú hù egungun tuntun. Ọ̀pọ̀ wọn tún distal phalanx (P3) tó sọnù hù gẹ́gẹ́ bí egungun tó ṣeé mọ̀, pẹ̀lú growth plate ní ìsàlẹ̀ rẹ̀ — structure kan náà tí egungun digit ń lò nígbà tí ó ń dàgbà — ọ̀pọ̀ sì tún isẹ́pọ̀ kékeré kan hù: egungun tó dà bí sesamoid, pẹ̀lú tendon àti ligament tó tún sopọ̀ mọ́ kùkùté. Nígbà tí a wọn wọn pẹ̀lú ìṣọ́ra, àwọn apá tí a tún hù jọ àwọn àkọ́kọ́ ṣùgbọ́n wọn kò bá wọn mu pátápátá, egungun kùkùté náà sì dàgbà ṣùgbọ́n kò dé ìwọ̀n rẹ̀ tó yẹ. Àwọn òǹkọ̀wé pe èsì náà ní “digit tó pé ṣùgbọ́n tí kò péye” — ó pé nítorí gbogbo structure tí gígé yọ kúrò ní ohun tó dúró fún un, kò péye nítorí kò sí èyíkéyìí tó jẹ́ ẹ̀dà gangan.

A tún sẹ́ẹ̀lì ọgbẹ́ ṣètò ní tòótọ́. Single-cell sequencing fi hàn pé FGF2 tún fibroblast ọgbẹ́ ṣe láàárín ọjọ́ kan, ó tan àwọn gene (Hmga1, Hmga2) tó ní ìbáṣepọ̀ pẹ̀lú ìpadà sí ipò embryonic tó ń dàgbà sí i. Genetic labelling fi hàn lẹ́yìn náà pé a tún pàṣẹ iṣẹ́ fún àwọn sẹ́ẹ̀lì kùkùté lasán — a darí wọn láti kọ́ structure tó jẹ́ ti apá digit tó jìn sí i ju ibi tí wọ́n ti bẹ̀rẹ̀ — wọ́n sì kópa nínú phalanx tí ó tún hù àti tissue synovial àti connective ti isẹ́pọ̀ tuntun (egungun kékeré tó dà bí sesamoid wá ní pàtàkì láti sẹ́ẹ̀lì mìíràn).

Ohun tí èyí ṣeé ṣe kí ó túmọ̀ sí

Ìtumọ̀ méjì tí àwọn òǹkọ̀wé yọ, tí a sọ pẹ̀lú ìṣọ́ra.

Àkọ́kọ́: ìdí tí ẹranko ọmú fi kùnà láti tún ara hù níhìn-ín kì í ṣe pé àwọn sẹ́ẹ̀lì tó tọ́ kò sí. Àwọn sẹ́ẹ̀lì tó lè ṣe ìtún-hù wà ní ọgbẹ́; ohun tó kù ni àmì láti tan wọn. Fi signalling FGF àti BMP sí i ní ìtòlẹ́sẹẹsẹ tó tọ́, ọgbẹ́ kan tó yẹ kí ó ní àpá yóò tún ara hù dípò bẹ́ẹ̀. Gẹ́gẹ́ bí àwọn òǹkọ̀wé ṣe sọ, signalling yìí tó láti dá èsì ìtún-hù sílẹ̀ ní ọgbẹ́ tó sábà máa ń sàn pẹ̀lú fibrosis.

Ẹlẹ́ẹ̀kejì: ìtún-hù tí a dá sílẹ̀ ń gba ipa ọ̀nà méjì — èyí tó sinmi lórí blastema, tó tún phalanx kọ́ nípa títún ìdàgbàsókè embryonic rẹ̀ ṣe (nítorí náà growth plate), àti èyí tí kò sinmi lórí blastema, tó tún joint complex kọ́. Papọ̀, wọ́n lè rọ́pò ohun tí gígé yọ kúrò ní àfojúsùn.

Ohun tí èyí kò fi hàn

• Ó wà nínú eku — digit eku tí a ṣẹ̀ṣẹ̀ bí, nínú model tí a yàn nítorí pé kò sábà tún ara hù. Kò sí ohun kankan níhìn-ín tí a ṣe nínú ènìyàn.
• Egungun digit ni, kì í ṣe ẹsẹ̀-ọwọ́. Gígé náà yọ òpin ìka kan (distal P2, P3, àti egungun sesamoid kékeré); èsì náà ni ìtún-hù àwọn apá kékeré wọ̀nyẹn. “Títún ẹsẹ̀-ọwọ́ hù” kò sí nínú ìwé yìí.
• Ó kò péye. Àwọn egungun tí ó tún hù jọ ti àkọ́kọ́ ṣùgbọ́n wọn kò bá wọn mu, egungun kùkùté kò padà sí ìwọ̀n kíkún, FGF2 nìkan sì kùnà ní ọ̀pọ̀ ìgbà.
• Ó jẹ́ bead growth factor méjì, ní ìtòlẹ́sẹẹsẹ — kì í ṣe oògùn, serum, cream, tàbí ìtọ́jú ẹ̀ẹ̀kan. Àkókò náà ṣe pàtàkì: FGF2 kọ́kọ́, BMP2 ní ọjọ́ márùn-ún lẹ́yìn náà.
• Kò fi hàn pé èyí ń ṣiṣẹ́ nínú ẹranko ọmú àgbà tàbí ńlá, tàbí pé ó ní ààbò. Àwọn eku tí a ṣẹ̀ṣẹ̀ bí ni nínú ìdánwò tí a darí dáadáa.

Báwo ni ẹ̀rí náà ṣe lágbára tó?

Láàárín ààlà tirẹ̀, èsì pàtàkì náà fẹsẹ̀ múlẹ̀. Gbogbo digit FGF2→BMP2 hù egungun tuntun níbi tí kò sí digit control kankan tó ṣe bẹ́ẹ̀, irú ẹ̀rí òmìnira márùn-ún sì tọ́ sí ọ̀nà kan náà — àwòrán egungun 3D, tissue staining, shape statistics, single-cell sequencing, àti cell-lineage tracing.

Àwọn ààlà òtítọ́ jẹ́ nípa ìwọ̀n ohun tí ó kan, kì í ṣe pé ẹ̀rí kò dára. Èsì náà yàtọ̀, kò sì péye; ó wà nínú eku tí a ṣẹ̀ṣẹ̀ bí; ọ̀rọ̀ tó lágbára “tó” sì kan ọgbẹ́ model yìí, kì í ṣe ènìyàn. Ìwé náà fi hàn pé a lè borí ìkùnà ìtún-hù nínú ẹranko ọmú nípa fífún digit eku ní àmì tó tọ́. Kò fi ọ̀nà sí ìtún-hù ẹsẹ̀-ọwọ́ ènìyàn — tàbí kódà ìka ènìyàn — hàn.

Ìdí tí ó fi ṣe pàtàkì

Fún ìgbà pípẹ́, ìbéèrè tó ṣí sílẹ̀ ni bóyá ẹranko ọmú kò ní sẹ́ẹ̀lì fún ìtún-hù tàbí pé wọ́n kàn kùnà láti lò wọ́n. Iṣẹ́ yìí jẹ́ ìbò tó ṣe kedere fún èkejì: àwọn sẹ́ẹ̀lì tó lè ṣe iṣẹ́ wà ní ọgbẹ́, àwọn àmì tó tọ́, ní ìtòlẹ́sẹẹsẹ tó tọ́, sì lè jí wọn. Èrò tó ní ìrètí gidi ni — tó sì lọra. Yíyí “ó tó nínú digit eku tí a ṣẹ̀ṣẹ̀ bí” sí ohun tí ènìyàn lè fiyèsí jẹ́ ọ̀nà gígùn, ìwé náà kò sì ṣe bí ẹni pé kò rí bẹ́ẹ̀. Iye tó wà níhìn-ín ni proof of principle, kì í ṣe ìlérí.

Àkótán mímọ́

Nínú àwọn eku tí a ṣẹ̀ṣẹ̀ bí, gígé kọjá egungun digit kejì (P2) sábà máa ń sàn pẹ̀lú àpá láìsí ìtún-hù. Fífi bead FGF2 sí i, lẹ́yìn ọjọ́ márùn-ún kí a fi bead BMP2 sí i, yí èyí padà: FGF2 dá ọ̀pọ̀ sẹ́ẹ̀lì tó ń pín tí ó dà bí blastema sílẹ̀, BMP2 mú un differentiate, digit náà sì tún phalanx tó sọnù hù — pẹ̀lú growth plate ìdàgbàsókè — àti, ní ọ̀pọ̀ ìgbà, isẹ́pọ̀ kékeré, tendon, ligament àti egungun sesamoid. Àwọn apá tí ó tún hù jọ ti àkọ́kọ́ ṣùgbọ́n wọn kò bá wọn mu, èsì náà kò sì péye. Cell tracing fi hàn pé a tún àwọn sẹ́ẹ̀lì ọgbẹ́ lasán ṣe, a sì fún wọn ní iṣẹ́ tuntun láti kọ́ structure tó sọnù. Ohun pàtàkì: níhìn-ín, ìkùnà ìtún-hù nínú ẹranko ọmú jẹ́ ìṣòro àmì tó kù, kì í ṣe sẹ́ẹ̀lì tó kù, signalling FGF + BMP sì tó láti borí rẹ̀ nínú model yìí. Ó jẹ́ proof of principle nínú eku — kì í ṣe ìtọ́jú ènìyàn, kì í sì ṣe “títún ẹsẹ̀-ọwọ́ hù.”

Àyẹ̀wò láìsí ọ̀rọ̀ asán

Ohun tí ìwé náà fi hàn: Nínú eku tí a ṣẹ̀ṣẹ̀ bí, ìtọ́jú FGF2-lẹ́yìn-náà-BMP2 lẹ́sẹẹsẹ lórí gígé digit P2 tí kò sábà tún hù dá ìtún-hù distal phalanx tí a gé kúrò sílẹ̀ (nípasẹ̀ blastema tó dá growth plate sílẹ̀) àti, ní ọ̀pọ̀ ìgbà, joint complex tó bá a rìn (egungun tó dà bí sesamoid, tendon, ligament). Ìlà ẹ̀rí márùn-ún — micro-CT, histology, shape morphometrics, single-cell sequencing, àti lineage tracing — ṣe àtìlẹ́yìn fún un. Àwọn structure tuntun jọ ti àkọ́kọ́ ṣùgbọ́n wọn kò bá wọn mu pátápátá.

Ohun tó ṣeé gbà ṣùgbọ́n tí a kò fìdí rẹ̀ múlẹ̀: Pé FGF2 nìkan, pẹ̀lú àkókò tàbí dose tó yàtọ̀, lè parí ìtún-hù; developmental programme pàtó tí àwọn sẹ́ẹ̀lì tí a tún fún ní iṣẹ́ ń tẹ̀lé.

Ohun tí kò fi hàn: Ohunkóhun nínú ènìyàn, tàbí ẹranko ọmú àgbà tàbí ńlá; ìtún-hù gbogbo ẹsẹ̀-ọwọ́ tàbí gbogbo ìka; oògùn, serum, tàbí ìtọ́jú ìgbésẹ̀ kan; ààbò; pé èsì náà péye tàbí pé ó máa ń parí ní gbogbo ìgbà.

Àwọn ààlà pàtàkì: Eku tí a ṣẹ̀ṣẹ̀ bí; model egungun digit, kì í ṣe ẹsẹ̀-ọwọ́; èsì tí kò péye, tó sì yàtọ̀ (FGF2 nìkan sábà kùnà); “ó tó” kan ọgbẹ́ model yìí, kì í ṣe ènìyàn; kò sí dátà ènìyàn tàbí ẹranko ọmú àgbà.

Ìgbẹ́kẹ̀lé mélòó ni olùkà gbogboogbo yẹ kí ó ní? Ìgbẹ́kẹ̀lé gíga pé, nínú model eku yìí, FGF2→BMP2 dá ìtún-hù digit apá kan sílẹ̀ ní tòótọ́, àti pé àwọn sẹ́ẹ̀lì tó lè ṣe iṣẹ́ wà níbẹ̀ ṣùgbọ́n wọn kò rí àmì. Ìgbẹ́kẹ̀lé gíga pé èyí kì í ṣe ìtún-hù ẹsẹ̀-ọwọ́ ènìyàn, kì í sì ṣe ìtọ́jú. Ìgbẹ́kẹ̀lé kékeré sí àárín lórí bí principle náà ṣe lè túmọ̀ sí ohun míì. Ìdúró tó yẹ: proof of principle gidi, tó lẹ́wà, nípa ìdí tí ẹranko ọmú fi kùnà láti tún ara hù — tó sì jìnnà sí àkọlé ariwo.