作者:张梦然 来源:科技日报 发布时间:2023/12/6 10:13:26
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医疗工具研发史上一个崭新的起点——
人类细胞造出了微型生物机器人

 

机器人可以从一个成年人的细胞中创造出来,而且还无需任何基因改造,这意味着什么?

对无数患者来说,这意味着从他们自身衍生出的生物机器人,可以帮助他们恢复健康、愈合创伤、治疗疾病,这是医疗工具研发史上一个崭新的起点。

现在,美国塔夫茨大学和哈佛大学研究人员已经成功利用人类气管细胞,创建了一种微型生物机器人Anthrobot。它不但可在神经元表面移动,还能使实验室培养皿中的受损神经元恢复生长。

这种多细胞机器人的大小,从人类头发的宽度到削尖的铅笔尖不等,可自行组装,并显示出对其他细胞的显著治疗效果。

发表于《先进科学》杂志的这项研究成果,回答了更为广泛的医学问题:控制细胞在体内组装和协同工作的规则是什么?细胞是否可在自然生长环境中遵照不同的“身体计划”重新组合,从而执行其他功能?

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一个由几百个细胞构成的生物机器人Anthrobot。图片来源:《自然》网站

人类细胞机器人,神秘又安全

研究人员吉泽姆·古姆斯卡娅认为,通过重新编程细胞之间的相互作用,可创建新的多细胞结构,类似于石头和砖块可排列成不同的结构,如墙壁、拱门或柱子。他们发现,这些细胞不仅会创造多细胞形状,而且能激发新的生长来填补因划伤细胞层而造成的间隙。

有意思的是,Anthrobot怎样做到这一点的,科学家尚不清楚,但他们看到了神经元确实生长在Anthrobot集群组装所覆盖的区域下。

使用人类细胞的优点非常明显。首先,由患者自身细胞构建的机器人,执行治疗任务不会引发免疫反应或承受免疫抑制剂风险;其次,它们只持续几周就会分解,因此在工作完成后很容易就被重新吸收到体内。

而在体外,Anthrobot只能在特定实验室条件下生存,没有暴露或意外传播到实验室外的风险。它们不会繁殖,也没有经过基因编辑、添加或删除,没有超出现有保障措施的风险。

人类细胞机器人如何生长

每个Anthrobot最初都是一个细胞,来自成年供体。这些细胞来自气管表面,覆盖着纤毛,可来回摆动。纤毛帮助气管细胞排出微小的颗粒,这些颗粒进入肺部的气道,人体通过咳嗽或清嗓子排出颗粒和多余液体,都需要纤毛细胞的帮助。早期研究表明,当细胞在实验室生长时,它们会自发形成称为类器官的微小多细胞球体。

此次,研究人员开发了纤毛在类器官上朝外生长的条件。几天之内,它们开始“四处走动”,由纤毛驱动,就像桨一样。团队注意到了不同的运动形状和类型,这是生物机器人平台的首个重要特征。

这些创建出来的不同类型的Anthrobot,有些是球形的,完全被纤毛覆盖;有些是不规则的,纤毛覆盖得更斑驳,或者只是在一侧覆盖着纤毛。

Anthrobot在实验室培养皿中可以自我组装,并不需要镊子或手术刀来塑造它们。研究人员可使用成体细胞,甚至是来自老年患者的细胞,而不是胚胎细胞来培养。它们还是完全可扩展的,人们可并行创建成群的机器人。

小小治疗师,绘制新蓝图

古姆斯卡娅解释说,细胞具有与生俱来的能力,能以某些基本方式自组装成更大的结构。这些细胞可形成片层、折叠形状、球体,可按类型分类和分离、融合在一起,甚至移动。

与那些“无生命砖块”的两个重要区别是,细胞可相互交流并动态地创建这些结构,并且每个细胞都具有许多功能,例如运动、分泌分子、检测信号等。

确切来说,人们不是“发现”了它们,人们只是在弄清楚如何结合这些元素来创造新的生物“身体计划”和功能,而这与自然界中发生的有很大不同。

研究人员称,生物机器人的下一步开发将会带来其他应用,包括清除动脉粥样硬化患者动脉中的斑块、修复脊髓或视网膜神经损伤、识别细菌或癌细胞,或将药物输送到目标组织。从理论上讲,Anthrobot不但可帮助愈合组织,还能向受损部位提供促进再生的药物。

 
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