ให้ควาามรู้เกี่ยวกับการฟื้นฟู

ตอนนี้ ทีมของเขากำลังท้าทายความเชื่อที่มีมาหลายศตวรรษเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์พื้นฐานของสาขานี้อีกครั้ง โดยคราวนี้เกี่ยวข้องกับวิธีที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอาจสร้างส่วนที่เสียหายของร่างกายขึ้นมาใหม่ ในมนุษย์ ความสามารถตามธรรมชาติในการสร้างใหม่นั้นจำกัดอยู่แค่เนื้อเยื่อ เช่น หนังกำพร้า ชั้นนอกสุดของผิวหนัง และอวัยวะบางส่วน เช่น ตับ สปีชีส์อื่นๆ โดยเฉพาะซาลาแมนเดอร์มีความสามารถในการสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อน เช่น กระดูก ข้อต่อ หรือแม้แต่แขนขาทั้งหมด ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงศึกษาสายพันธุ์เหล่านี้มากว่า 200 ปี เพื่อพยายามทำความเข้าใจกลไกเบื้องหลังการงอกใหม่ของแขนขา โดยหวังว่าสักวันหนึ่งจะแปลกลไกเหล่านี้เพื่อกระตุ้นการงอกใหม่ของมนุษย์ในวงกว้างมากขึ้น การวิจัยดังกล่าวนำไปสู่ความเชื่อร่วมกันว่ากุญแจสำคัญประการเดียวสำหรับการสร้างแขนขาใหม่คือการมีเส้นประสาท แม้ว่าสิ่งนี้อาจเป็นจริงสำหรับซาลาแมนเดอร์และสัตว์สายพันธุ์อื่นๆ แต่ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกลับไม่เป็นเช่นนั้น ตามผลการศึกษา 2 ชิ้นที่ตีพิมพ์เมื่อเร็วๆ นี้ของมูเนะโอกะ การศึกษาชิ้นแรกซึ่งตีพิมพ์เมื่อปีที่แล้วในวารสารJournal of Bone and Mineral Researchระบุว่าการรับน้ำหนักทางกล (ความสามารถในการใช้แรงกับพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบ) เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ครั้งที่สองซึ่งตีพิมพ์เมื่อต้นปีนี้ในDevelopmental Biologyยืนยันว่าการไม่มีเส้นประสาทไม่ได้ขัดขวางการงอกใหม่ การค้นพบนี้ร่วมกันนำเสนอการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในความคิดที่ว่าการฟื้นฟูสามารถทำงานในยาของมนุษย์ได้อย่างไร มูเนะโอกะกล่าวว่า "ผลการศึกษาทั้งสองนี้ขัดแย้งกับหลักคำสอนอายุ 2 ศตวรรษที่ว่าคุณต้องการประสาทในการสร้างใหม่" มูเนะโอกะกล่าว "สิ่งที่มาแทนที่ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมคือคุณต้องมีภาระทางกล ไม่ใช่เส้นประสาท" ความสำคัญของภาระทางกล นักวิทยาศาสตร์เชื่อกันมานานแล้วว่าต้องมี 2 สิ่งในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบเพื่อกระตุ้นให้สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมงอกใหม่ อย่างแรกคือโกรทแฟคเตอร์ ซึ่งเป็นโมเลกุลที่สามารถกระตุ้นให้เซลล์เติบโตและสร้างส่วนต่างๆ ของร่างกายขึ้นใหม่ ในการฟื้นฟูตามธรรมชาติ ร่างกายจะผลิตปัจจัยการเจริญเติบโตเหล่านี้ ซึ่งแตกต่างกันไปในแต่ละสายพันธุ์และตามพื้นที่ที่มีการสร้างใหม่ สำหรับการฟื้นฟูที่เกิดจากมนุษย์ จะต้องนำปัจจัยการเจริญเติบโตเหล่านี้เข้ามาในพื้นที่ ปัจจัยที่สองเชื่อว่าจำเป็นคือเส้นประสาท ความเชื่อนี้ถูกกำหนดโดยการศึกษาการงอกของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่กระตุ้นโดยมนุษย์ก่อนหน้านี้ในหลายพื้นที่ ซึ่งโดยปกติจะเป็นส่วนปลายของตัวเลข โดยไม่มีเส้นประสาท ซึ่งแขนขาทั้งหมดก็ไม่สามารถใช้งานได้อีกต่อไป การศึกษาเหล่านั้นจะมีผลลัพธ์ตามที่คาดการณ์ไว้ เมื่อมีการนำปัจจัยการเจริญเติบโตมาใช้ การฟื้นฟูจะไม่เกิดขึ้น ซึ่งนำไปสู่ข้อสรุปว่า เช่นเดียวกับสายพันธุ์อื่นๆ เส้นประสาทเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสร้างใหม่ แต่ด้านภาระทางกลถูกละเลย ในการศึกษาของพวกเขา มุเนะโอกะและเพื่อนร่วมงานตัดสินใจถอยออกมาหนึ่งก้าวและถามคำถามว่า "มันเป็นเส้นประสาทจริงๆ หรือก็คือขาดภาระเชิงกลในสมการด้วย" Connor Dolan อดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในห้องทดลองของ Muneoka และผู้เขียนคนแรกของการศึกษาใหม่ทั้งสองเรื่อง (ซึ่งปัจจุบันทำงานที่ Walter Reed National Military Medical Center) ได้คิดค้นวิธีทดสอบข้อกำหนดการปฏิเสธในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ได้รับแรงบันดาลใจจากนักบินอวกาศ NASA และนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ได้ใช้เทคนิคที่เรียกว่า hindlimb suspension มานานหลายทศวรรษเพื่อทดสอบว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีปฏิกิริยาอย่างไรต่อสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ กระบวนการที่คล้ายกันนี้ใช้ในกระบวนการทางการแพทย์ที่ขาของสัตว์ขนาดใหญ่เพื่อป้องกันไม่ให้สัตว์ลงน้ำหนักที่ขาที่ได้รับผลกระทบ “โดแลนพบว่าเมื่อแขนขาถูกระงับ แม้ว่าพวกมันยังมีเส้นประสาทอยู่มากและสามารถเคลื่อนไหวไปมาได้ แต่พวกมันไม่สามารถกดดันแขนขาได้ ดังนั้นเกร็ดตัวเลขจึงไม่งอกขึ้นมาใหม่” มูเนะโอกะกล่าว "มันยับยั้งการงอกใหม่อย่างสมบูรณ์" อย่างไรก็ตาม ทันทีที่โหลดเชิงกลกลับมา การฟื้นฟูก็จะได้รับการช่วยเหลือ “ไม่มีอะไรเกิดขึ้นอย่างแน่นอนระหว่างพักการแข่งขัน” มูเนโอกะกล่าว "แต่เมื่อโหลดกลับมา จะมีความล่าช้าสองสามสัปดาห์ แต่จากนั้นพวกมันก็จะเริ่มสร้างใหม่" ขั้นตอนแรกนั้นพิสูจน์ให้เห็นว่าแม้ต้องใช้เส้นประสาท แต่การโหลดเชิงกลเป็นองค์ประกอบที่สำคัญต่อ การฟื้นฟู การวิจัยก้าวไปอีกขั้น สิ่งพิมพ์ครั้งที่สองของ Dolan แสดงให้เห็นว่าไม่จำเป็นต้องใช้เส้นประสาทโดยการแสดงให้เห็นว่าหากหนูไม่มีเส้นประสาทในตัวเลขตัวใดตัวหนึ่ง ตัวเลขนั้นจะยังคงสร้างใหม่ “เขาพบว่าพวกมันงอกช้าลงเล็กน้อย แต่พวกมันงอกใหม่ได้ตามปกติอย่างสมบูรณ์” มูเนะโอกะกล่าว การแบ่งสาขาของการวิจัย มุเนะโอกะชี้ให้เห็นอย่างรวดเร็วว่าการศึกษาของพวกเขาไม่ได้บอกว่างานวิจัยก่อนหน้านี้ผิด เพียงแต่ว่ามันใช้ไม่ได้กับมนุษย์โดยตรง “มีการศึกษาจำนวนหนึ่งเกี่ยวกับซาลาแมนเดอร์ที่พิสูจน์ว่าเมื่อคุณเอาเส้นประสาทออก พวกมันจะไม่งอกใหม่” มูเนโอกะกล่าว "นักวิจัยยังสามารถใส่โกรทแฟคเตอร์ที่พวกเขารู้ว่าผลิตโดยเส้นประสาทเข้าไปในเซลล์และช่วยฟื้นฟู "ดังนั้น ซาลาแมนเดอร์อาจต้องการเส้นประสาทในการสร้างใหม่" เขากล่าว "แต่ถ้าเราจะสร้างแขนขาขึ้นมาใหม่ในมนุษย์ มันจะเหมือนกับสิ่งที่เกิดขึ้นในหนู" นับตั้งแต่เริ่มพิจารณาการฟื้นฟูเมื่อ 20 ปีที่แล้ว แนวคิดจำนวนหนึ่งของมุเนะโอกะได้ต่อต้านทฤษฎีการฟื้นฟูที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป เขากล่าวว่าการเผยแพร่เอกสารทั้งสองนี้ใช้เวลาเกือบ 3 ปี เนื่องจากเดิมทีพวกเขาพยายามส่งเอกสารพร้อมกัน "นักวิทยาศาสตร์หลายคนไม่ยอมรับความคิดนี้" เขากล่าว "อาชีพของผู้คนจำนวนมากขึ้นอยู่กับการศึกษาเกี่ยวกับเส้นประสาทและวิธีที่พวกมันส่งผลต่อการงอกใหม่ สำหรับการศึกษาที่ออกมาและบอกว่าสำหรับมนุษย์แล้ว ไม่น่าเป็นไปได้ที่คุณจะต้องใช้เส้นประสาท ซึ่งเป็นการประยุกต์ใช้ทางชีวการแพทย์ทั้งหมดของสิ่งที่ผู้คนกำลังทำอยู่ ซาลาแมนเดอร์และปลาออกไปนอกหน้าต่าง” มองลงไปตามถนน เส้นประสาทที่ไม่จำเป็นสำหรับการฟื้นฟูในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอาจดูเหมือนเป็นประเด็นทางวิชาการ ท้ายที่สุดแล้ว การสร้างแขนขาใหม่จะมีประโยชน์อะไรหากคนๆ นั้นไม่สามารถรู้สึกหรือควบคุมมันได้เพราะมันไม่มีเส้นประสาท ในแง่นั้น เส้นประสาทยังคงเป็นส่วนสำคัญของปริศนา จากมุมมองของมุเนะโอกะ การเปลี่ยนแปลงคือแทนที่จะคิดว่าเส้นประสาทเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสร้างใหม่ เส้นประสาทเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่จำเป็นต้องสร้างใหม่ Larry Suva หัวหน้าแผนกสรีรวิทยาและเภสัชวิทยาทางสัตวแพทย์ของ CVMBS (VTPP) กล่าวว่าปัญหาคือก่อนหน้านี้ไม่มีใครคิดเกี่ยวกับปริมาณโหลดด้วยซ้ำ “ลองนึกถึงการบาดเจ็บจากระเบิดที่ทหารเหลือแต่ตอไม้” ซูวากล่าว "จนกระทั่งบทความนี้ออกมา ไม่มีใครแม้แต่คิดเกี่ยวกับความต้องการจากอิทธิพลของกลไก คุณมีคนเห็นว่าสัตว์ที่พิการไม่งอกใหม่ และพวกเขาคิดว่าเป็นเพราะเส้นประสาทถูกตัด แต่ไม่มีใครศึกษากลไก ด้านโหลด" ดังที่ Suva กล่าว วิทยาศาสตร์เต็มไปด้วยผู้คนที่มองหาว่าแสงใดดีที่สุด “ฉันทำงานเกี่ยวกับกระดูก ดังนั้นเมื่อฉันเห็นปัญหา ฉันจะมองไปที่ปัญหาของกระดูก” เขากล่าว "คนที่ทำงานเกี่ยวกับเส้นประสาท พวกเขามองทุกอย่างเป็นเส้นประสาท ดังนั้นจึงหายากมากที่คนอย่างดร. "นั่นคือสิ่งที่เขานำมาสู่แนวคิดนี้ กับข้อมูลอายุ 200 ปี" ซูวากล่าว "ตอนนี้เราต้องมองการฟื้นฟูผ่านเลนส์ที่แตกต่างกัน เพราะตอนนี้เรารู้แล้วว่าอิทธิพลทางกลมีความสำคัญอย่างยิ่ง" ผลการวิจัยอย่างหนึ่งที่มุ่งเน้นไปที่เส้นประสาทคือนักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างปัจจัยการเจริญเติบโตที่เส้นประสาทสร้างขึ้นใหม่ได้ ซึ่งทำให้นักวิจัยสามารถเริ่มต้นการฟื้นฟูในซาลาแมนเดอร์ได้ แม้ว่าจะไม่มีเส้นประสาทอยู่ก็ตาม Suva กล่าวว่าด้วยการค้นพบใหม่นี้ นักวิทยาศาสตร์จะรู้ว่าพวกเขาต้องทำเช่นเดียวกันกับภาระทางกล หากต้องการเริ่มต้นการฟื้นฟูในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม "นักวิทยาศาสตร์สามารถหลอกร่างกายให้คิดว่าเส้นประสาทยังคงมีอยู่" เขากล่าว "แต่ตอนนี้พวกเขารู้แล้วว่าพวกเขาจะต้องหลอกให้มันคิดว่ามันมีภาระทางกล ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่เคยทำมาก่อน" เนื่องจากเซลล์มีปฏิกิริยาแตกต่างกันภายใต้ภาระเชิงกล อย่างไรก็ตาม ภาระดังกล่าวจึงถูกแปลทางชีวเคมีภายในเซลล์ "มีห้องทดลองจำนวนน้อยที่ศึกษาพื้นฐานทางชีวเคมีว่าภาระเชิงกลทำอะไรกับเซลล์" มูเนะโอกะกล่าว "ถ้าเราสามารถเข้าใจสัญญาณทางชีวเคมีนั้นได้ บางทีแรงทางกายภาพของภาระทางกลอาจถูกแทนที่ด้วยค็อกเทลของโมเลกุลบางชนิดที่จะสร้างสัญญาณเดียวกันในเซลล์" จุดสิ้นสุดของเส้นทางสู่การงอกใหม่ของมนุษย์อาจยังคงเป็นหนทางอีกยาวไกลในอนาคต แต่ Suva กล่าวว่าการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานทางความคิดในลักษณะนี้เป็นเครื่องหมายสำคัญบนเส้นทางนั้น "การงอกใหม่ของแขนขามนุษย์อาจยังคงเป็นนิยายวิทยาศาสตร์ แต่เรารู้ข้อเท็จจริงบางอย่างเกี่ยวกับเรื่องนี้ และตอนนี้เรารู้แล้วว่าคุณต้องรับภาระเชิงกลนั้นไปพร้อมกับปัจจัยการเจริญเติบโต" เขากล่าว "นั่นเปลี่ยนวิธีที่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรในอนาคตจะแก้ปัญหานี้ "ยังมีปัญหาที่ซับซ้อนอีกหลายอย่างที่ต้องแก้ไขก่อนที่จะสร้างแขนขามนุษย์ใหม่ทั้งหมดได้ แต่การค้นพบของดร. มูเนะโอกะเป็นก้าวต่อไปที่สำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าเรากำลังแก้ปัญหาที่ถูกต้อง"