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    人類細胞造出了微型生物機器人

    放大字體  縮小字體 發布日期:2023-12-12  來源:科技日報  瀏覽次數:91
    核心提示:機器人可以從一個成年人的細胞中創造出來,而且還無需任何基因改造,這意味著什么?對無數患者來說,這意味著從他們自身衍生出的生物機器人,可以幫助他們恢復健康、愈合創傷、治療疾病,這是醫療工具研發史上一個嶄新的起點。
    原標題:人類細胞造出了微型生物機器人

    一個由幾百個細胞構成的生物機器人Anthrobot。圖片來源:《自然》網站

    ◎本報記者 張夢然

    機器人可以從一個成年人的細胞中創造出來,而且還無需任何基因改造,這意味著什么?

    對無數患者來說,這意味著從他們自身衍生出的生物機器人,可以幫助他們恢復健康、愈合創傷、治療疾病,這是醫療工具研發史上一個嶄新的起點。

    現在,美國塔夫茨大學和哈佛大學研究人員已經成功利用人類氣管細胞,創建了一種微型生物機器人Anthrobot。它不但可在神經元表面移動,還能使實驗室培養皿中的受損神經元恢復生長。

    這種多細胞機器人的大小,從人類頭發的寬度到削尖的鉛筆尖不等,可自行組裝,并顯示出對其他細胞的顯著治療效果。

    發表于《先進科學》雜志的這項研究成果,回答了更為廣泛的醫學問題:控制細胞在體內組裝和協同工作的規則是什么?細胞是否可在自然生長環境中遵照不同的“身體計劃”重新組合,從而執行其他功能?

    人類細胞機器人,神秘又安全

    研究人員吉澤姆·古姆斯卡婭認為,通過重新編程細胞之間的相互作用,可創建新的多細胞結構,類似于石頭和磚塊可排列成不同的結構,如墻壁、拱門或柱子。他們發現,這些細胞不僅會創造多細胞形狀,而且能激發新的生長來填補因劃傷細胞層而造成的間隙。

    有意思的是,Anthrobot怎樣做到這一點的,科學家尚不清楚,但他們看到了神經元確實生長在Anthrobot集群組裝所覆蓋的區域下。

    使用人類細胞的優點非常明顯。首先,由患者自身細胞構建的機器人,執行治療任務不會引發免疫反應或承受免疫抑制劑風險;其次,它們只持續幾周就會分解,因此在工作完成后很容易就被重新吸收到體內。

    而在體外,Anthrobot只能在特定實驗室條件下生存,沒有暴露或意外傳播到實驗室外的風險。它們不會繁殖,也沒有經過基因編輯、添加或刪除,沒有超出現有保障措施的風險。

    人類細胞機器人如何生長

    每個Anthrobot最初都是一個細胞,來自成年供體。這些細胞來自氣管表面,覆蓋著纖毛,可來回擺動。纖毛幫助氣管細胞排出微小的顆粒,這些顆粒進入肺部的氣道,人體通過咳嗽或清嗓子排出顆粒和多余液體,都需要纖毛細胞的幫助。早期研究表明,當細胞在實驗室生長時,它們會自發形成稱為類器官的微小多細胞球體。

    此次,研究人員開發了纖毛在類器官上朝外生長的條件。幾天之內,它們開始“四處走動”,由纖毛驅動,就像槳一樣。團隊注意到了不同的運動形狀和類型,這是生物機器人平臺的首個重要特征。

    這些創建出來的不同類型的Anthrobot,有些是球形的,完全被纖毛覆蓋;有些是不規則的,纖毛覆蓋得更斑駁,或者只是在一側覆蓋著纖毛。

    Anthrobot在實驗室培養皿中可以自我組裝,并不需要鑷子或手術刀來塑造它們。研究人員可使用成體細胞,甚至是來自老年患者的細胞,而不是胚胎細胞來培養。它們還是完全可擴展的,人們可并行創建成群的機器人。

    小小治療師,繪制新藍圖

    古姆斯卡婭解釋說,細胞具有與生俱來的能力,能以某些基本方式自組裝成更大的結構。這些細胞可形成片層、折疊形狀、球體,可按類型分類和分離、融合在一起,甚至移動。

    與那些“無生命磚塊”的兩個重要區別是,細胞可相互交流并動態地創建這些結構,并且每個細胞都具有許多功能,例如運動、分泌分子、檢測信號等。

    確切來說,人們不是“發現”了它們,人們只是在弄清楚如何結合這些元素來創造新的生物“身體計劃”和功能,而這與自然界中發生的有很大不同。

    研究人員稱,生物機器人的下一步開發將會帶來其他應用,包括清除動脈粥樣硬化患者動脈中的斑塊、修復脊髓或視網膜神經損傷、識別細菌或癌細胞,或將藥物輸送到目標組織。從理論上講,Anthrobot不但可幫助愈合組織,還能向受損部位提供促進再生的藥物。

     
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