作者:Michael Levin 来源:《先进科学》 发布时间:2023/12/4 16:40:53
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神经元损伤修复搭“桥”的微型生物机器人

 

由患者自身细胞构建的“分子医生”能够筛查癌症、修复受损组织、清除血管斑块,是研究人员对未来医学的构想。而美国塔夫茨大学发育生物学家Michael Levin致力将这种构想变为现实。

4年前,Levin和同事利用非洲爪蛙制造了一个“活体机器人”。他们将非洲爪蛙的胚胎心脏和皮肤细胞缝合在一起,形成了一种具有纤毛的类器官。这些能够摆动的纤毛使“活体机器人”可以缓慢移动、泳动。

这是Levin等人迈出的实现未来医学构想的第一步,但人类免疫系统对这种基于两栖动物的“活体机器人”会产生排异反应。因此,在一项11月30日发表于《先进科学》的研究中,Levin等人诱导气管细胞形成了类器官,同样可以使用微小的附属纤毛移动。在实验室中,这种微型生物机器人被引入受伤的神经元后,能够帮助神经元进行自我修复。

“该工作令人惊叹且具有开创性,为个性化医疗开辟了道路。”美国卡内基梅隆大学组织工程师Xi “Charlie” Ren说。

Levin指导的研究生Gizem Gumuskaya以成年人的气管细胞为基础,因为这些细胞具有纤毛。研究人员希望以这些纤毛作为微小的桨,使类器官移动。

Gumuskaya将单个气管细胞放入由大鼠组织制成的3D支架中。该支架与人类气管的环境结构相似。两周后,细胞繁殖并形成了微小的球体,但纤毛被包裹在球体内,因此无法移动。于是,研究人员给细胞“药浴”。“药浴”使用的液体可促使纤毛翻转出来。

尽管具有相同的DNA,但得到的类器官大小和形状各不相同。它们可以是由100至1000个细胞组成的圆形或长方形类器官,其中最大的约有罂粟籽大小。纤毛可能遍布类器官外表面,也可能聚集在离散的区块中。

“这些类器官就像是指纹一样,没有相同的。”Gumuskaya说,这些特征在很大程度上取决于细胞在支架中的位置及其所浸入的液体的含水量。而纤毛的形状、大小和位置则有助于确定类器官是以直线还是圆形轨迹移动,又或者只是摆动。

机器人构建成功,接下来就要看它们是否会与人体组织进行相互作用。Levin团队在实验室培养皿中培养了一片神经细胞,并划伤细胞片。随后,研究人员向培养皿中加入他们制作的微型生物机器人。

研究人员发现,这些加入的类器官在划痕处来回移动,在其最终稳定下来的地方,一座神经组织桥在划痕上形成,促使伤口自愈。

Levin说,淀粉或硅胶等非活性物质对划痕修复产生不了这样的影响。他认为,作为活组织,类器官帮助划痕一侧的神经细胞感知另一侧的位置,从而促使其生长填补失去的细胞层。

研究人员将进一步改进这些细胞机器人,以使它们拥有更多功能,使其有望在疾病筛查、组织修复、药物输送等方面大展身手。(来源:中国科学报 许悦)

相关论文信息:https://doi.org/10.1002/advs.202303575

 

 
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