Cara Aksolotl Menumbuhkan Semula Kaki yang Hilang

Apabila manusia kehilangan tangan atau kaki, luka tersebut boleh sembuh, tetapi anggota badan yang hilang tidak akan tumbuh semula secara semula jadi. Aksolotl mempunyai keupayaan yang berbeza. Haiwan amfibia ini mampu membentuk semula anggota badan yang hilang, termasuk tulang, otot, saraf, salur darah dan kulit, dan anggota baharu itu boleh berkembang menjadi struktur yang menyerupai anggota asal.

Keupayaan ini menjadikan aksolotl antara haiwan yang penting dalam penyelidikan biologi perkembangan. Proses pembentukan semula tisu yang hilang atau rosak dikenali sebagai penjanaan semula.

Apakah perbezaan antara penyembuhan luka dengan penjanaan semula?

Apabila kulit manusia terluka, tubuh memulakan proses penyembuhan. Sel tertentu membiak, salur darah membantu membekalkan bahan yang diperlukan dan tisu baharu terbentuk untuk menutup kawasan yang rosak. Luka yang besar atau dalam juga boleh menghasilkan tisu parut.

Penjanaan semula anggota badan melibatkan proses yang lebih kompleks. Aksolotl bukan sekadar menutup luka pada hujung kaki yang terputus, tetapi dapat membina semula struktur yang hilang, termasuk bahagian rangka dan tisu yang tersusun mengikut kedudukan tertentu. Jika bahagian hujung kaki hilang, bahagian itu boleh terbentuk semula, manakala kehilangan yang lebih hampir dengan badan memerlukan penjanaan semula lebih banyak struktur. Oleh itu, sel perlu mengetahui bukan sahaja jenis tisu yang harus dibentuk, tetapi juga kedudukan tisu tersebut dalam anggota badan.

Bagaimanakah proses penjanaan semula bermula?

Selepas kecederaan, sel epidermis bergerak menutupi permukaan luka. Lapisan ini membentuk epitelium luka yang melindungi kawasan terdedah dan memainkan peranan dalam mengawal penjanaan semula. Dalam keadaan yang membolehkan penjanaan semula berlaku, sel pada tisu berhampiran luka mengalami perubahan aktiviti. Sesetengah sel memasuki semula kitaran pembahagian sel, dan sel progenitor yang sedia ada juga boleh diaktifkan.

Di bawah epitelium luka, sekumpulan sel mula berkumpul dan membentuk struktur yang dikenali sebagai blastema, iaitu kawasan sementara yang mengandungi sel yang berupaya menghasilkan tisu baharu. Walaupun blastema kelihatan seperti satu kumpulan sel yang sama, kandungannya tidak seragam kerana sel-sel itu mempunyai asal usul dan keupayaan perkembangan yang berbeza. Pembentukan blastema ialah salah satu peringkat penting yang membezakan penjanaan semula anggota badan daripada penyembuhan luka biasa.

Dari manakah datangnya sel yang membina kaki baharu?

Pada suatu ketika, saintis menganggap sel dalam blastema mungkin kembali sepenuhnya kepada keadaan yang membolehkannya menghasilkan hampir semua jenis sel. Namun, penyelidikan moden menunjukkan gambaran yang lebih khusus. Kajian terhadap aksolotl mendapati bahawa banyak sel blastema masih mengekalkan hubungan dengan jenis tisu asalnya. Sebagai contoh, sel daripada keturunan otot lazimnya menyumbang kepada pembentukan otot, manakala sel daripada rawan tidak bertukar menjadi sel otot. Sel tisu penghubung pula mempunyai keupayaan perkembangan yang lebih luas, tetapi masih dalam lingkungan beberapa jenis tisu penghubung.

Ini bermaksud penjanaan semula tidak semestinya memerlukan semua sel kembali kepada keadaan yang boleh membentuk setiap jenis tisu. Sebaliknya, pelbagai kumpulan sel progenitor bekerjasama untuk membina semula anggota badan. Kajian pada tahun 2018 yang menggunakan penjejakan keturunan sel dan analisis RNA sel tunggal turut menunjukkan bahawa pelbagai jenis sel tisu penghubung boleh kembali kepada keadaan progenitor yang agak serupa semasa pembentukan blastema. Namun, keupayaan sel tersebut untuk menghasilkan pelbagai jenis sel masih terbatas kepada keturunan tisu penghubung.

Bagaimanakah sel mengetahui bentuk kaki yang perlu dibina?

Kaki aksolotl mempunyai susunan tertentu, dan tulang, otot, saraf serta jari perlu terbentuk pada kedudukan yang sesuai. Jika sel hanya membiak tanpa kawalan, pertumbuhan tisu tidak semestinya menghasilkan anggota badan yang berfungsi. Dalam proses penjanaan semula, sel menerima pelbagai isyarat molekul yang membantu menentukan arah pertumbuhan dan identiti kedudukannya. Sebahagian sel, khususnya sel tisu penghubung, mengekalkan maklumat tentang kedudukan asalnya dalam anggota badan, dan maklumat ini sering disebut sebagai identiti kedudukan.

Melalui interaksi antara sel dan isyarat perkembangan, blastema dapat menghasilkan struktur yang sesuai dengan bahagian anggota yang hilang. Walau bagaimanapun, identiti kedudukan bukanlah ingatan sedar seperti ingatan manusia. Istilah itu merujuk kepada keadaan dan mekanisme biologi yang mempengaruhi tindak balas perkembangan sel.

Mengapakah saraf penting dalam penjanaan semula?

Saraf bukan sekadar diperlukan untuk menggerakkan kaki yang telah terbentuk. Dalam aksolotl, isyarat daripada saraf turut membantu mengawal pembentukan dan pertumbuhan blastema, dan kajian menunjukkan bahawa gangguan bekalan saraf boleh menghalang pembentukan blastema yang normal. Antara molekul yang terlibat ialah neuregulin-1, sejenis protein pengisyaratan yang berkaitan dengan pertumbuhan sel.

Dalam penyelidikan yang diterbitkan pada 2016, saintis mendapati bahawa pemberian neuregulin-1 secara eksperimen dapat memulihkan sebahagian proses penjanaan semula pada anggota yang bekalan sarafnya telah diputuskan. Sebaliknya, tindakan menghalang laluan pengisyaratan yang berkaitan dengan neuregulin-1 menjejaskan pembiakan sel dan pembentukan blastema. Penemuan ini menunjukkan bahawa saraf menyumbang kepada penjanaan semula melalui isyarat molekul, bukan sekadar melalui fungsi deria dan pergerakan. Namun, neuregulin-1 bukan satu-satunya molekul yang terlibat kerana beberapa laluan pengisyaratan lain turut memainkan peranan.

Apakah peranan sistem imun?

Sistem imun biasanya dikaitkan dengan pertahanan terhadap jangkitan. Namun, dalam aksolotl, sel imun tertentu juga membantu mewujudkan keadaan yang sesuai untuk penjanaan semula. Antaranya ialah makrofaj, iaitu sel imun yang boleh menelan bahan asing, membersihkan sisa sel dan menghasilkan bahan pengisyaratan.

Pada 2013, penyelidik mendapati bahawa pengurangan makrofaj secara eksperimen pada peringkat awal selepas kecederaan menghalang penjanaan semula kaki aksolotl. Luka masih dapat tertutup, tetapi anggota badan yang hilang tidak terbentuk semula seperti biasa, dan kawasan tersebut menunjukkan pembentukan tisu berserat yang lebih ketara. Apabila populasi makrofaj pulih dan anggota itu dipotong semula dalam eksperimen, keupayaan penjanaan semula dapat dipulihkan. Penemuan ini menunjukkan bahawa penyembuhan luka dan penjanaan semula anggota badan bukan proses yang sama, dan dalam keadaan tertentu isyarat daripada sel imun turut membantu menentukan sama ada tisu dapat memasuki proses penjanaan semula.

Mengapakah manusia tidak boleh melakukan perkara yang sama?

Manusia mempunyai keupayaan penjanaan semula yang terhad. Kulit boleh menghasilkan sel baharu, lapisan usus sentiasa diperbaharui dan hati dapat memulihkan sebahagian jisim serta fungsinya selepas kecederaan tertentu. Namun, proses tersebut tidak sama dengan pembentukan semula satu anggota badan yang lengkap. Pada manusia dewasa, kecederaan besar lazimnya menghasilkan tindak balas penyembuhan yang tidak membentuk blastema anggota badan seperti pada aksolotl.

Perbezaan ini melibatkan banyak faktor, termasuk pengawalan pembiakan sel, isyarat perkembangan, tindak balas imun dan pembentukan tisu parut. Saintis mengkaji aksolotl untuk memahami bagaimana proses tersebut diselaraskan. Walau bagaimanapun, pengetahuan tentang penjanaan semula aksolotl belum bermaksud bahawa manusia sudah boleh menumbuhkan semula tangan atau kaki melalui rawatan perubatan. Penyelidikan ini memberikan asas untuk memahami pembaikan tisu, tetapi penerapannya kepada manusia memerlukan kajian lanjut tentang keberkesanan dan keselamatan.