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人類(lèi)細(xì)胞造出了微型生物機(jī)器人

發(fā)布時(shí)間:2023-12-06 15:14:00來(lái)源: 科技日?qǐng)?bào)

  ◎本報(bào)記者 張夢(mèng)然

  機(jī)器人可以從一個(gè)成年人的細(xì)胞中創(chuàng)造出來(lái),而且還無(wú)需任何基因改造,這意味著什么?

  對(duì)無(wú)數(shù)患者來(lái)說(shuō),這意味著從他們自身衍生出的生物機(jī)器人,可以幫助他們恢復(fù)健康、愈合創(chuàng)傷、治療疾病,這是醫(yī)療工具研發(fā)史上一個(gè)嶄新的起點(diǎn)。

  現(xiàn)在,美國(guó)塔夫茨大學(xué)和哈佛大學(xué)研究人員已經(jīng)成功利用人類(lèi)氣管細(xì)胞,創(chuàng)建了一種微型生物機(jī)器人Anthrobot。它不但可在神經(jīng)元表面移動(dòng),還能使實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中的受損神經(jīng)元恢復(fù)生長(zhǎng)。

  這種多細(xì)胞機(jī)器人的大小,從人類(lèi)頭發(fā)的寬度到削尖的鉛筆尖不等,可自行組裝,并顯示出對(duì)其他細(xì)胞的顯著治療效果。

  發(fā)表于《先進(jìn)科學(xué)》雜志的這項(xiàng)研究成果,回答了更為廣泛的醫(yī)學(xué)問(wèn)題:控制細(xì)胞在體內(nèi)組裝和協(xié)同工作的規(guī)則是什么?細(xì)胞是否可在自然生長(zhǎng)環(huán)境中遵照不同的“身體計(jì)劃”重新組合,從而執(zhí)行其他功能?

  人類(lèi)細(xì)胞機(jī)器人,神秘又安全

  研究人員吉澤姆·古姆斯卡婭認(rèn)為,通過(guò)重新編程細(xì)胞之間的相互作用,可創(chuàng)建新的多細(xì)胞結(jié)構(gòu),類(lèi)似于石頭和磚塊可排列成不同的結(jié)構(gòu),如墻壁、拱門(mén)或柱子。他們發(fā)現(xiàn),這些細(xì)胞不僅會(huì)創(chuàng)造多細(xì)胞形狀,而且能激發(fā)新的生長(zhǎng)來(lái)填補(bǔ)因劃傷細(xì)胞層而造成的間隙。

  有意思的是,Anthrobot怎樣做到這一點(diǎn)的,科學(xué)家尚不清楚,但他們看到了神經(jīng)元確實(shí)生長(zhǎng)在Anthrobot集群組裝所覆蓋的區(qū)域下。

  使用人類(lèi)細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)非常明顯。首先,由患者自身細(xì)胞構(gòu)建的機(jī)器人,執(zhí)行治療任務(wù)不會(huì)引發(fā)免疫反應(yīng)或承受免疫抑制劑風(fēng)險(xiǎn);其次,它們只持續(xù)幾周就會(huì)分解,因此在工作完成后很容易就被重新吸收到體內(nèi)。

  而在體外,Anthrobot只能在特定實(shí)驗(yàn)室條件下生存,沒(méi)有暴露或意外傳播到實(shí)驗(yàn)室外的風(fēng)險(xiǎn)。它們不會(huì)繁殖,也沒(méi)有經(jīng)過(guò)基因編輯、添加或刪除,沒(méi)有超出現(xiàn)有保障措施的風(fēng)險(xiǎn)。

  人類(lèi)細(xì)胞機(jī)器人如何生長(zhǎng)

  每個(gè)Anthrobot最初都是一個(gè)細(xì)胞,來(lái)自成年供體。這些細(xì)胞來(lái)自氣管表面,覆蓋著纖毛,可來(lái)回?cái)[動(dòng)。纖毛幫助氣管細(xì)胞排出微小的顆粒,這些顆粒進(jìn)入肺部的氣道,人體通過(guò)咳嗽或清嗓子排出顆粒和多余液體,都需要纖毛細(xì)胞的幫助。早期研究表明,當(dāng)細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)時(shí),它們會(huì)自發(fā)形成稱為類(lèi)器官的微小多細(xì)胞球體。

  此次,研究人員開(kāi)發(fā)了纖毛在類(lèi)器官上朝外生長(zhǎng)的條件。幾天之內(nèi),它們開(kāi)始“四處走動(dòng)”,由纖毛驅(qū)動(dòng),就像槳一樣。團(tuán)隊(duì)注意到了不同的運(yùn)動(dòng)形狀和類(lèi)型,這是生物機(jī)器人平臺(tái)的首個(gè)重要特征。

  這些創(chuàng)建出來(lái)的不同類(lèi)型的Anthrobot,有些是球形的,完全被纖毛覆蓋;有些是不規(guī)則的,纖毛覆蓋得更斑駁,或者只是在一側(cè)覆蓋著纖毛。

  Anthrobot在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中可以自我組裝,并不需要鑷子或手術(shù)刀來(lái)塑造它們。研究人員可使用成體細(xì)胞,甚至是來(lái)自老年患者的細(xì)胞,而不是胚胎細(xì)胞來(lái)培養(yǎng)。它們還是完全可擴(kuò)展的,人們可并行創(chuàng)建成群的機(jī)器人。

  小小治療師,繪制新藍(lán)圖

  古姆斯卡婭解釋說(shuō),細(xì)胞具有與生俱來(lái)的能力,能以某些基本方式自組裝成更大的結(jié)構(gòu)。這些細(xì)胞可形成片層、折疊形狀、球體,可按類(lèi)型分類(lèi)和分離、融合在一起,甚至移動(dòng)。

  與那些“無(wú)生命磚塊”的兩個(gè)重要區(qū)別是,細(xì)胞可相互交流并動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建這些結(jié)構(gòu),并且每個(gè)細(xì)胞都具有許多功能,例如運(yùn)動(dòng)、分泌分子、檢測(cè)信號(hào)等。

  確切來(lái)說(shuō),人們不是“發(fā)現(xiàn)”了它們,人們只是在弄清楚如何結(jié)合這些元素來(lái)創(chuàng)造新的生物“身體計(jì)劃”和功能,而這與自然界中發(fā)生的有很大不同。

  研究人員稱,生物機(jī)器人的下一步開(kāi)發(fā)將會(huì)帶來(lái)其他應(yīng)用,包括清除動(dòng)脈粥樣硬化患者動(dòng)脈中的斑塊、修復(fù)脊髓或視網(wǎng)膜神經(jīng)損傷、識(shí)別細(xì)菌或癌細(xì)胞,或?qū)⑺幬镙斔偷侥繕?biāo)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(jìn)再生的藥物。

(責(zé)編:郭爽)

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