Un nuovo dispositivo aiuta le rane a far ricrescere le gambe funzionanti dopo un'amputazione / A new device helps frogs regrow working legs after an amputation

Un nuovo dispositivo aiuta le rane a far ricrescere le gambe funzionanti dopo un'amputazione / A new device helps frogs regrow working legs after an amputation

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Gambe perdute

In 18 mesi, alle rane sono cresciuti nuovi arti dopo un'amputazione (sito dell'amputazione contrassegnato da linee tratteggiate, colonna di sinistra). Un terzo delle rane non ha ricevuto alcun trattamento e ha sviluppato un moncone appuntito (quello mostrato nella riga in alto). Un altro terzo ha ricevuto dispositivi BioDome che coprivano la lesione per 24 ore (fila centrale). Le restanti rane hanno ricevuto il BioDome ed un cocktail di farmaci (fila in basso). Questo gruppo ha sviluppato gli arti più lunghi con la maggiore densità ossea e più vasi sanguigni e nervi. Hanno anche sviluppato gambe con una forma simile a una paletta (freccia gialla) con gemme simili a punte (freccia blu), a differenza degli altri gruppi che crescevano solo lembi appuntiti (frecce rosa). /  

Lost legs 

Over 18 months, frogs grew new limbs after an amputation (site of the amputation marked with dashed lines, left column). One-third of the frogs didn’t receive any treatment and grew a spiky stump (one shown in top row). Another third received BioDome devices that covered the injury for 24 hours (middle row). The remaining frogs received the BioDome and a drug cocktail (bottom row). This group grew the longest limbs with the greatest bone density and more blood vessels and nerves. They also developed legs with a paddlelike shape (yellow arrow) with toelike buds (blue arrow), as opposed to the other groups that grew only spiky flaps (pink arrows).

Il trattamento ha stimolato la crescita degli arti nell'arco di 18 mesi.

Le cellule delle rane adulte sembrano ricordare come far ricrescere le zampe perdute ed un nuovo kick starter chimico le aiuta a saltarci sopra.

Gli scienziati hanno cercato modi per spronare il corpo a far ricrescere gli arti per aiutare le persone che hanno subito un'amputazione ( SN: 6/12/13 ). Come gli esseri umani adulti, le rane adulte hanno una capacità limitata di sostituire le parti del corpo perdute. Ma un nuovo trattamento - un dispositivo che eroga un cocktail di farmaci - avvia e migliora la rigenerazione degli arti dopo l'amputazione nelle rane, riferiscono i ricercatori nel Science Advances.

"Le cellule della rana sanno già come creare le cosce di rana", avendolo fatto quando l'animale era un embrione in via di sviluppo, afferma Michael Levin, biologo dello sviluppo presso la Tufts University di Medford, Mass. "Il nostro obiettivo è capire come convincerli a farlo di nuovo”.

La squadra di Levin ha amputato le zampe posteriori destre di 115 rane artigliate africane adulte ( Xenopus laevis ) al ginocchio. Circa un terzo di quelle rane ha ricevuto "BioDome", guaine in silicone che coprono la ferita. Ad un altro terzo delle rane, i ricercatori hanno attaccato BioDomes contenente un gel a base di seta che conteneva cinque sostanze chimiche, tra cui un ormone della crescita, un promotore della crescita nervosa ed una sostanza antinfiammatoria. I BioDome sono rimasti per 24 ore e poi sono stati rimossi dalle zampe delle rane. Il restante terzo non ha ricevuto alcun trattamento prima di essere rimesso nelle proprie vasche.

Negli animali che hanno ricevuto il cocktail di farmaci, "intorno al segno dei quattro mesi, abbiamo iniziato a vedere una leggera differenza nella forma delle zampe", afferma Nirosha Murugan, biologa del cancro ora all'Algoma University di Sault Ste. Maria, Canada. "Con il tempo, quel bocciolo... ha iniziato a prendere forma in una gamba intera."

Dopo 18 mesi, le rane che hanno ricevuto le sostanze chimiche avevano ricresciuto gli arti e avevano protuberanze dove normalmente crescevano le dita dei piedi. Gli amputati hanno preso a calci, si sono alzati e si sono spinti giù dalle pareti dei loro dispoaitivi usando le loro gambe ricresciute, dice Levin.

Lo stesso BioDome ha promosso una certa rigenerazione: la rigidità e la pressione che crea sulla ferita sembrano portare a condizioni che stimolano la crescita, dice Murugan. Ma le rane che hanno ricevuto il BioDome con i farmaci hanno cresciute gambe più lunghe con ossa più spesse. Avevano anche più vasi sanguigni e nervi. E rispetto al gruppo solo BioDome, le rane che hanno ricevuto il mix di farmaci hanno mostrato una maggiore sensibilità al tatto quando i loro arti sono stati leggermente stimolati. Alle rane del gruppo di controllo sono cresciuti lembi appuntiti - praticamente monconi senza funzione - nel sito della ferita.

"In realtà è straordinario che un solo trattamento in un giorno possa causare tutto questo cambiamento", afferma Murugan.

Questo primo tentativo di utilizzare un cocktail chimico per convincere la ricrescita degli arti è "un ottimo inizio", afferma John Barker, un ricercatore ortopedico che si è recentemente ritirato dalla Goethe University di Francoforte e non ha preso parte al lavoro. Con questo approccio, dice, "non c'è fine a ciò che potresti provare".

Il gruppo è passato a un lavoro simile sui topi, usando lo stesso cocktail ed altri nuovi. La ricerca di Levin indica anche il ruolo dell'elettricità nel modellare la crescita delle parti del corpo, quindi i ricercatori stanno aggiungendo composti al cocktail che alterano lo stato elettrico delle cellule ( SN: 8/12/11 ).

Un giorno, gli scienziati vogliono essere in grado di far ricrescere arti e organi umani. Come per le zampe di rana, i corpi umani sanno come fare le mani, per esempio, dice Barker. I bambini di età inferiore ai 10 anni possono persino far ricrescere la punta delle dita perse. Nell'assistenza sanitaria, "l'intera storia della rigenerazione cambia tutto", afferma Barker. "Invece di curare i sintomi, potresti letteralmente curare una malattia." Ad esempio, il tessuto cardiaco rigenerato potrebbe sostituire il tessuto danneggiato per migliorare la funzione cardiaca.

Gli arti, tuttavia, sono più complicati perché diversi tipi di tessuto devono coordinarsi. E i ricercatori mancano di informazioni fondamentali su come i corpi formano le loro parti.

"Non capiamo come le raccolte di cellule risolvano i problemi" per decidere cosa costruire e quando fermarsi, dice Levin. "Il cracking della medicina rigenerativa ci richiederà di fare molto meglio per capirlo".

ENGLISH

The treatment spurred limb growth over 18 months.

The cells of adult frogs seem to remember how to regrow lost legs, and a new chemical kick starter helps them hop to it.

Scientists have been seeking ways to spur the body to regrow limbs to help people that have undergone an amputation (SN: 6/12/13). Like adult humans, fully grown frogs have a limited ability to replace lost body parts. But a new treatment — a device that delivers a drug cocktail — jump-starts and improves limb regeneration after amputation in frogs, researchers report in the Jan. 26 Science Advances.

“The cells of the frog already know how to make frog legs,” having done so when the animal was a developing embryo, says Michael Levin, a developmental biologist at Tufts University in Medford, Mass. “Our goal is to figure out how to convince them to do it again.”

Levin’s team amputated the right back legs of 115 adult African clawed frogs (Xenopus laevis) at the knee. Roughly one-third of those frogs received “BioDomes,” silicone sleeves that cover the wound. To another third of the frogs, researchers attached BioDomes holding a silk-based gel that contained five chemicals, including a growth hormone, a nerve growth promoter and an anti-inflammatory substance. The BioDomes stayed on for 24 hours and then were removed from the frogs’ legs. The remaining third didn’t receive any treatments before being placed back in their tanks.

In animals that received the drug cocktail, “around the four-month mark, we started to see a slight difference in the leg shape,” says Nirosha Murugan, a cancer biologist now at Algoma University in Sault Ste. Marie, Canada. “With time, that bud … started to take shape into a whole leg.”

After 18 months, the frogs that received the chemicals had regrown the limbs and had nubs where toes would typically grow. The amputees kicked, stood and pushed off the walls of their tanks using their regrown legs, Levin says.

The BioDome itself promoted some regeneration: The stiffness and pressure it creates at the wound seem to lead to conditions that spur growth, Murugan says. But frogs that received the BioDome with drugs grew longer legs with thicker bones. They also had more blood vessels and nerves. And compared with the BioDome-only group, frogs that received the drug mix showed greater sensitivity to touch when their limbs were lightly prodded. Frogs in the control group grew spiky flaps — basically stumps with no function — at the wound site.

“It’s actually remarkable that just a single treatment on one day can cause all this change,” Murugan says.

This first attempt at using a chemical cocktail to coax limb regrowth is “a great start,” says John Barker, an orthopedic researcher who recently retired from Goethe University Frankfurt and was not part of the work. With this approach, he says, “there’s no end to what you could try.”

The team has moved on to similar work in mice, using the same cocktail and new ones. Levin’s research also points to electricity’s role in shaping the growth of body parts, so the researchers are adding compounds to the cocktail that alter the electrical state of cells (SN: 12/8/11).

Someday, scientists want to be able to regrow human limbs and organs. As with the frogs’ legs, human bodies know how to make hands, for example, Barker says. Children under the age of 10 or so can even regrow lost fingertips. In health care, “this whole story of regeneration changes everything,” Barker says. “Instead of treating symptoms, you could literally cure a disease.” For instance, regenerated heart tissue could replace damaged tissue to improve heart function.

Limbs, however, are more complicated because several types of tissue must coordinate. And researchers lack fundamental information on how bodies form their parts.

“We don’t understand how collections of cells solve problems” to decide what to build and when to stop, Levin says. “Cracking regenerative medicine is going to require us to do much better about understanding that.”

Da:

https://www.sciencenews.org/article/frog-leg-regeneration-new-device-regrow-amputation