人類細(xì)胞造出了微型生物機(jī)器人

一個(gè)由幾百個(gè)細(xì)胞構(gòu)成的生物機(jī)器人Anthrobot。圖片來源：《自然》網(wǎng)站

◎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，而且還無需任何基因改造，這意味著什么？

對(duì)無數(shù)患者來說，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。

這種多細(xì)胞機(jī)器人的大小，從人類頭發(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)，類似于石頭和磚塊可排列成不同的結(jié)構(gòu)，如墻壁、拱門或柱子。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)新的生長來填補(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)生長在Anthrobot集群組裝所覆蓋的區(qū)域下。

使用人類細(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，也沒有經(jīng)過基因編輯、添加或刪除，沒有超出現(xiàn)有保障措施的風(fēng)險(xiǎn)。

人類細(xì)胞機(jī)器人如何生長

每個(gè)Anthrobot最初都是一個(gè)細(xì)胞，來自成年供體。這些細(xì)胞來自氣管表面，覆蓋著纖毛，可來回?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)室生長時(shí)，它們會(huì)自發(fā)形成稱為類器官的微小多細(xì)胞球體。

此次，研究人員開發(fā)了纖毛在類器官上朝外生長的條件。幾天之內(nèi)，它們開始“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(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)刀來塑造它們。研究人員可使用成體細(xì)胞，甚至是來自老年患者的細(xì)胞，而不是胚胎細(xì)胞來培養(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，細(xì)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(jié)構(gòu)。這些細(xì)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(dòng)。

與那些“無生命磚塊”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。

確切來說，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)器人的下一步開發(fā)將會(huì)帶來其他應(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。