꼬리를 공격이나 스스로 잃어도 재생할 수 있는 도마뱀이나, 손발이 잘려도 재생할 수 있는 도롱뇽 등, 일부 동물은 결손된 몸의 일부를 재생시킬 수 있다. 사지를 재생시키는 구조는 어떠한 것인지, 왜 인간은 그러한 재생을 할 수 없는가?
높은 재생 능력을 가진 생물로는, '우파루파(wooper looper)'로 알려진 멕시코 도롱뇽이 유명한데, 우파루파는 손발이 절단되어도 시간이 지나면 뼈, 관절, 근육의 배열까지 완전히 원래대로 재생되는, 경이로운 재생 능력을 가지고 있다.
우파루파는 재생의료의 열쇠로서 연구 대상이 되는 경우도 많지만, 멕시코에서는 개발에 의한 서식지의 파괴나 수질 오염 등에 의해서 서식수가 격감하고 있다. 따라서 우파루파가 자력으로 수를 늘릴 수 있도록 보호하는 것이, 재생의료 연구에 중요한 포인트라고도 한다.
우파루파의 재생능력에 대해서는 모르는 것도 많지만, 하버드대에서 재생생물 연구를 하는 제시카 화이트드 씨에 따르면, 모든 척추동물이 손발을 형성하는 과정에 이해의 열쇠가 있다고 하는데, 예를 들어 포유류는 지아라고 불리는 작은 돌기 모양의 손발의 초기 구조를 자궁 안에서 형성하기 시작한다. 이 지아에는 줄기세포에서 발생하여 몸을 구성하는 최종 분화세포로 분화하는 전구세포가 많이 채워져 있고, 거기서부터 근육이나 연골, 인대 등을 형성해 간다. 그러다가 작은 돌기였던 것은 커져서 통통한 아기의 손발이 되는 것이다.
큰 도롱뇽의 경우, 비슷한 일이 성체에서도 일어나고 있는데, 큰도롱뇽이 손을 잃을 경우, 주위 피부세포가 상처 표면 전체에 빠르게 침투해 '창상 표피'라고 불리는 새로운 층을 만든다. 창상 표피가 만들어지면, 상처에서 전신으로 신호가 전송돼 일부 세포가 현재 위치한 조직의 특징을 잃는 탈분화를 일으킨다.
인접한 세포에서 탈분화된 줄기세포가 흉터까지 모아지는데, 인간이나 많은 척추동물은, 줄기세포를 증식시키는 능력을 조기에 모두 잃기 때문에, 설사 흉터에 모을 수 있다 하더라도 상처를 막는 정도의 능력밖에 없다. 반면에 큰도롱뇽은 성체로도 줄기세포를 증식시킬 수 있기 때문에, 상처까지 모은 줄기세포는 원래 조직으로 발전시키기에 충분한 수가 된다.
또, 과거의 연구에서는, 「사지의 재생에 있어서, 인간에게는 없다고 생각되는 비교적 수많은 유전자를 우파루파에서는 볼 수 있다」라는 것도 판명되었고, 이러한 유전자를 특정함으로써, 재생 능력을 더 깊이 이해하고 의료에도 적용할 수 있는 가능성이 고려되고 있다.
상처까지 모은 줄기세포는, '아체'라는 새로운 배아세포 그룹이 되고, 아체의 외형이나 구조는 지아에 가깝지만, 아체는 전신의 세포를 재활용해 형성하고 있다는 점이 특징적이다.
상처에 모인 수천 개의 재활용한 세포는, 근육이나 뼈, 가죽, 신경 조직 등의 역할로 나누어지고, 줄기 세포가 그러한 조직으로 변화해 감으로써, 원래의 손발을 재생할 수 있다고 하는 구조라고 생각되고 있다.
왜 큰도롱뇽의 줄기세포는 증식 능력이 열화하지 않는지, 상처 주위에서 모아진 세포는 어떻게 변화해 가는지, 재생 단계의 세포는 어떻게 되어 있는지 등 아직 연구에서는 완전히 이해되지 않았기 때문에, 사지를 재생시키기 전의 세포나, 재생시키고 있는 도중의 세포의 변화등의 연구가 진행되고 있다.
또, 세포가 어떻게 '이 부분이 결손났다'고 이해하고 원래의 손발을 재현할 수 있는 형태로 재성장 과정에 들어가느냐 하는 것도 중요한 수수께끼라고 한다. 일설로, 아체세포는 위치기억의 일종을 갖고 있으며, 이곳의 세포라면 이만큼 필요하다 이곳의 세포는 이만큼 성장시킨다는 것을 식별할 수 있을 것으로 생각되어진다는 것.
재생 프로세스 연구에 중요한 것은, 큰 도롱뇽 뿐만이 아닌데, 사슴은 피부의 상처를 재생할 수 있는 능력은 인간과 다르지 않지만, 뿔은 매년 다시 태어나 훌륭한 뿔을 부활시킨다. 또한 가시생쥐의 꼬리 피부는 매우 벗겨지기 쉬운 성질이 있지만, 벗겨진 껍질은 단기간에 재생. 인간도 피부가 가볍게 벗겨져 버리는 상처라면, 거의 원래대로 되는 치유 능력을 가지고 있다. 동물 고유의 독특한 생물학적 메커니즘에 기반한 재생능력을 이해함으로써, 의료나 생물에 관한 연구가 진행되고, 가까운 재생능력을 가진 공통 조상의 존재도 발견될 가능성이 기대되고 있다.