การงอกใหม่และการซ่อมแซมเนื้อเยื่อ

สิ่งมีชีวิตสร้างหรือฟื้นฟูเนื้อเยื่อที่สูญเสียและเสียหายขึ้นมาใหม่ โดยนำโปรแกรมการพัฒนาการกลับมาใช้ใหม่ในระดับที่แตกต่างกันไปในแต่ละสปีชีส์

Definition

การงอกใหม่ของเนื้อเยื่อ (Tissue regeneration) คือการสร้างใหม่หรือการทดแทนเซลล์ เนื้อเยื่อ หรืออวัยวะที่สูญเสียหรือเสียหายไปให้กลับมาทำงานได้ตามปกติ; การซ่อมแซม (repair) คือการฟื้นฟูความสมบูรณ์ของเนื้อเยื่อในวงกว้างขึ้นหลังจากการบาดเจ็บ ซึ่งอาจสร้างโครงสร้างเดิมขึ้นมาใหม่หรือสร้างสิ่งทดแทน เช่น แผลเป็น

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมชีววิทยาของการงอกใหม่: ความแตกต่างระหว่างการงอกใหม่แบบเอพิฟอร์มิก (epimorphic regeneration) (การสร้างโครงสร้างขึ้นมาใหม่ เช่น แขนขาของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ) และการบำรุงรักษาเนื้อเยื่อโดยเซลล์ต้นกำเนิดประจำถิ่น การก่อตัวและบทบาทของบลาสทีมา (blastema) การกระตุ้นการส่งสัญญาณการพัฒนาการใหม่ และเหตุใดความสามารถในการงอกใหม่จึงแตกต่างกันอย่างมากในสัตว์แต่ละชนิด กระบวนการซ่อมแซม เช่น การสมานแผล ถือเป็นการตอบสนองที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• สิ่งมีชีวิตสร้างโครงสร้างที่สูญเสียไป เช่น แขนขา หรืออวัยวะขึ้นมาใหม่ได้อย่างไร?
• บลาสทีมาคืออะไร และมันสร้างส่วนที่หายไปขึ้นมาใหม่ได้อย่างไร?
• เหตุใดบางสปีชีส์จึงสามารถงอกใหม่ได้อย่างกว้างขวาง ในขณะที่บางสปีชีส์ส่วนใหญ่สร้างแผลเป็น?
• โปรแกรมการพัฒนาการถูกกระตุ้นขึ้นใหม่ระหว่างการงอกใหม่อย่างไร?

Key concepts

• การงอกใหม่แบบเอพิฟอร์มิก
• บลาสทีมา
• การบำรุงรักษาเนื้อเยื่อโดยเซลล์ต้นกำเนิดประจำถิ่น
• การกระตุ้นการส่งสัญญาณการพัฒนาการขึ้นใหม่
• ความหลากหลายในความสามารถในการงอกใหม่

Key theories

การงอกใหม่ในฐานะการนำการพัฒนาการกลับมาใช้ใหม่

การงอกใหม่ส่วนใหญ่เป็นการนำโปรแกรมเซลล์ของการพัฒนาการของตัวอ่อนกลับมาใช้ใหม่ ได้แก่ การเพิ่มจำนวน การสร้างรูปแบบ และการสร้างความแตกต่าง เพื่อให้การสร้างโครงสร้างที่สูญเสียไปขึ้นมาใหม่เป็นการทบทวนแง่มุมของการก่อตัวครั้งแรก

Mechanisms

หลังจากการบาดเจ็บ การงอกใหม่สามารถดำเนินไปได้หลายเส้นทาง ในการงอกใหม่แบบเอพิฟอร์มิก ซึ่งเห็นได้ชัดจากการงอกใหม่ของแขนขาของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ เซลล์บริเวณบาดแผลจะมีการลดความแตกต่าง (dedifferentiate) หรือถูกระดมเพื่อสร้างบลาสทีมา ซึ่งเป็นกลุ่มเซลล์ต้นกำเนิดที่เพิ่มจำนวนขึ้นและสร้างข้อมูลตำแหน่งขึ้นใหม่ และสร้างโครงสร้างที่หายไปขึ้นมาใหม่ผ่านการสร้างรูปแบบและการสร้างความแตกต่าง ในเนื้อเยื่อที่มีการหมุนเวียนสูง เซลล์ต้นกำเนิดประจำถิ่นจะเข้ามาแทนที่เซลล์ที่สูญเสียไปอย่างต่อเนื่อง การงอกใหม่จะกระตุ้นวิถีการส่งสัญญาณการพัฒนาการขึ้นใหม่เพื่อฟื้นฟูรูปแบบและเอกลักษณ์ สปีชีส์มีความแตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัดในความสามารถในการงอกใหม่ ตั้งแต่สัตว์ที่มีความสามารถในการงอกใหม่สูงที่สามารถสร้างส่วนต่างๆ ของร่างกายขึ้นมาใหม่ได้ทั้งหมด ไปจนถึงสัตว์ที่การซ่อมแซมมักจะทำให้เกิดเนื้อเยื่อแผลเป็นมากกว่าโครงสร้างเดิม

Clinical relevance

การทำความเข้าใจว่าสัตว์บางชนิดสามารถสร้างอวัยวะขึ้นมาใหม่ได้อย่างไร เป็นแรงผลักดันให้เกิดการแพทย์ฟื้นฟูและวิศวกรรมเนื้อเยื่อ โดยมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงการซ่อมแซมในมนุษย์ ซึ่งการบาดเจ็บส่วนใหญ่จะหายโดยการเกิดแผลเป็น ข้อมูลนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาเท่านั้น และไม่ได้ให้คำแนะนำทางการแพทย์หรือการรักษา

History

การงอกใหม่เป็นสิ่งที่ดึงดูดความสนใจของนักชีววิทยามาตั้งแต่ศตวรรษที่สิบแปด จากการสังเกตสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำที่สร้างแขนขาขึ้นมาใหม่ การทดลองแบบคลาสสิกในสัตว์ที่งอกใหม่ได้ช่วยกำหนดแนวคิดเกี่ยวกับข้อมูลตำแหน่ง ซึ่งต่อมาได้เป็นพื้นฐานสำคัญของชีววิทยาพัฒนาการในวงกว้างขึ้น

Key figures

• Thomas Hunt Morgan
• Lazzaro Spallanzani

Seminal works

• gilbert2016
• wolpert2015

Frequently asked questions

บลาสทีมาคืออะไร?

มันคือกลุ่มเซลล์ต้นกำเนิดที่เพิ่มจำนวนขึ้น ซึ่งก่อตัวขึ้นที่บริเวณที่ถูกตัดออกในสัตว์ที่งอกใหม่ได้ และสร้างโครงสร้างที่หายไปขึ้นมาใหม่

เหตุใดมนุษย์จึงไม่สามารถสร้างแขนขาที่สูญเสียไปขึ้นมาใหม่ได้?

เนื้อเยื่อของมนุษย์มีความสามารถจำกัดในการกระตุ้นโปรแกรมการพัฒนาการที่จำเป็นสำหรับการงอกใหม่เต็มรูปแบบ ดังนั้นการบาดเจ็บที่สำคัญมักจะหายโดยการสร้างเนื้อเยื่อแผลเป็นมากกว่าการสร้างโครงสร้างเดิมขึ้นมาใหม่