当塔夫茨大学的发育生物学家迈克尔·莱文提出通过调整细胞的电信号来创造新的生长模式时，他遇到了一些阻力。“人们认为这太疯狂了，”莱文说。
那是因为虽然所有细胞都具有电势（定义为将给定的电单位逆着电场移动所需的能量），并且这些电势显然与细胞特性有关——但在大多数情况下，人们认为电势主要与细胞维护或“日常运作”有关。传统的观点认为，扰乱细胞的电势会杀死它。
然而，十多年来，莱文的工作一直在反驳这种观点。他以各种方式操纵细胞的电势，创造出各种奇异的生物：尾巴或肠道内长眼睛的蝌蚪，以及在截肢腿部部位长出脚趾的青蛙。
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事实上，莱文认为他已经找到了细胞生物电的新作用。他假设细胞电压的模式创造了一个电信号系统，指导身体如何生长。他称这些信号为生物电代码，并认为它们在理解生长和发育方面与体内的基因或控制基因开关的各种化学开关一样重要。的确，他认为细胞电势的变化也可以作为所谓的表观遗传开关，来调节基因的功能。
虽然“生物电代码”这个词可能由莱文首创，但电信号与生长模式相关的观点并非新概念。印第安纳大学-普渡大学印第安纳波利斯分校的再生生物学家大卫·斯托克姆说：“这个想法由来已久。”斯托克姆说：“[莱文]实际上是用专门的染料观察细胞电势，将这种研究提升到了更高的艺术水平。”
一些最早的调查可以追溯到近一百年前。在20世纪早期，耶鲁大学生物学家哈罗德·伯尔将各种生物体放入电压表中研究它们的电势，并提出形状和电特性之间存在联系。然后在1970年代，伍兹霍尔海洋生物实验室的生物学家莱昂内尔·贾夫使用探针研究细胞内部和周围的电流。他注意到能够再生的生物（如蝾螈）和不能再生的生物（如成年青蛙）的电特性存在差异。但在随后的几十年里，随着分子生物学和遗传学的兴起，大部分生物电研究被遗忘了。
近年来，苏格兰阿伯丁大学的研究人员一直在研究电场如何引导组织在愈合过程中的生长。但莱文的方法是第一个从单个细胞层面观察电势，以及如何将它们纳入我们对分子生物学的认识的方法。
所有细胞都具有电势，这种电势来自于细胞膜两侧带电原子和分子或离子之间的差异。高度可塑的细胞，如干细胞（具有发育成其他细胞类型能力的细胞）以及肿瘤细胞（以异常和不受控制的生长为特征）具有低电势，而成熟和稳定的细胞则具有高电势。
莱文推断，如果你能改变细胞的电势，你就可以改变它的生长方式。通过改变许多细胞的电势，他假设他可以触发特定结构的生长。莱文将这些电活动模式视为细胞通讯的一种形式，发出何时以及如何生长的信号。
为了验证他的假设，莱文借鉴了神经科学和分子生物学的工具。例如，通过将新的遗传物质或化合物插入细胞，他发现他可以操纵它们的电势。例如，注射适当的遗传信息会导致细胞膜中产生新的泵和通道，允许离子通过，而某些药物化合物可以促进离子在细胞内外流动。最近，他的实验室开始发表结合了光遗传学的工作，光遗传学涉及包含制造光敏蛋白的遗传指令的基因，使研究人员能够通过拨动灯开关来控制细胞变化。
从概念上讲，这种方法很简单——通过鼓励或限制流动来帮助离子进出——但在实践中，它更复杂，需要进行复杂的计算来确定哪些变化将在细胞内外产生所需的电荷。“你必须考虑所有存在的泵和通道的整个数学，以及细胞内部和外部的介质，”莱文说。
在1月份的《Development》杂志上，莱文和他的同事描述了他们如何识别出负责青蛙眼睛生长的细胞电压模式。在早期发育过程中调整这些电压会导致眼睛畸形。在身体的其他细胞簇中模仿这种电压模式会诱导这些位置的眼睛生长，从而创造出尾巴或背部长眼睛的青蛙。
这项工作是再生生物学的概念验证。莱文认为，人们可以获取身体中的任何细胞簇——包括成熟且完全分化的细胞——并通过改变电势来覆盖现有的化学和分子信号。然后，这些信号将指导生长成任何想要的形状，例如新的鼻子或眼睛，以及操纵它们来修复失去的肢体或纠正出生缺陷。
这项研究最令人印象深刻的不是结果——研究再生医学的科学家几十年来已经通过移植和化学干预创造了类似的奇异生物——而是方法。电信号有可能充当主开关，这意味着研究人员不需要了解创建新结构所涉及的后续化学和分子信号的相互作用。
这并不是说遗传学和表观遗传学不重要。事实上，莱文指出，这些信号都是循环联系和相互依存的。“例如，遗传学决定了细胞的通道，而通道反过来又决定了梯度，”他说。“而生物电梯度可以改变基因表达。”然而，这三组信号在自然界中是如何相互交织的，目前尚不清楚。
莱文的实验室还演示了如何使用观察电势模式来识别异常生长——他们认为这一发现可能对癌症研究具有重要意义。在即将发表在5月份的《Disease Models & Mechanisms》杂志上的一项研究中，该团队详细介绍了他们如何识别与肿瘤形成相关的电信号。莱文和研究生布鲁克·切尔内特注意到与肿瘤样结构相关的生物电特征，这为发现癌症提供了一种新颖的方法。此外，他们甚至在提高这些细胞通常较低的电势以防止肿瘤发展方面取得了一些成功。
但是，在理解莱文的生物电代码的可能性方面，仍然存在许多挑战。例如，莱文认为，还需要更多地了解细胞生理学，并希望通过更多的数据和工具，他和他的同事可以开始系统地了解生物电信号集如何与特定的生长模式相关联。
这项工作在其他动物身上转化得如何还有待观察。代顿大学的再生生物学家帕纳吉奥蒂斯·特索尼斯指出，虽然成年青蛙通常不会再生肢体，但两栖动物通常比哺乳动物更擅长再生，且不易患癌症。“我希望看到这项工作扩展到小鼠等动物身上，”特索尼斯说。“如果那样可行，那就太棒了。”