与大多数多细胞动物不同，涡虫扁虫在移除后可以重新生长所有的身体部位。这使它们成为研究组织再生现象的良好模型。它们还有助于探索发育生物学中关于什么是大规模解剖图案基础的基本问题。

在3月5日发表在“生物物理学杂志”上的一项研究中，科学家报告说，电活动是组织再生过程中的第一个已知步骤，从最早的已知遗传机制开始并引发构建新头所需的基因转录的下游活动开始。或尾巴。“了解细胞如何决定构建什么是非常重要的，”资深作者塔夫茨大学艾伦探索中心主任迈克尔莱文说。“我们发现内源性电信号使细胞能够进行通信并决定其位置和整个器官结构，因此他们知道哪些基因可以打开。”

该研究中使用的物种是日本Dugesia。当该扁虫的一部分被移除时，剩余的组织在正确的末端重新生长缺失的碎片 - 无论是头部还是尾部。以前的研究表明，截肢后约6小时，与重新生长缺失部分相关的第一个基因被打开。但直到现在，还不知道之前发生了什么或者什么机制控制了哪些基因被打开。在当前由当时研究生Fallon Durant领导的实验中，扁虫的头部和尾部被移除。研究人员使用电压敏感荧光染料，能够指示不同区域的各种电位。“你可以从字面上看到组织中的电活动，”莱文说。“在看到这种活动的几个小时内，我们就可以开始测量基因表达的变化。”

为了证明特定电压模式是每个伤口部位打开正确基因的原因，研究小组改变了蠕虫不同末端细胞的静息电位，并观察了这些影响。通过诱导离子流将每个伤口部位设置为头部或尾部特定的电压模式，它们可以产生具有两个头且没有尾部的扁虫。他们还研究了这种电信号与众所周知的Wnt蛋白信号通路之间的关系，该通路在电压介导的决策机器的下游起作用。

“研究这个问题的大多数人研究遗传和生化信号，如转录因子或生长因子，”莱文说。“我们决定专注于电信号，这是电池到电池通信的一个非常重要的部分。”他将他的小组研究的电信号与大脑中发生的电信号进行比较。“刺激进来，电气事件触发细胞中的生物化学第二信使事件和电网的下游活动，例如决策或形成记忆，”他指出。“这个电气系统非常古老，非常保守。”

未来的研究将侧重于更详细地分解这些信号。例如，研究人员想知道再生组织如何决定它们生长的新部件的大小，形状和规模，以及生物电路如何存储体模型的变化，如双头蠕虫继续在随后的几轮再生中制造双头动物。

“除了传染病之外，健康和生物医学中的大多数问题都取决于细胞如何聚集在一起构建特定器官或其他结构，”Levin总结道。“如果我们能够弄清楚如何操纵这些过程，我们就可以开始研究纠正先天缺陷的方法，并解决从创伤性损伤到退行性疾病，衰老和癌症的各种问题。”