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(chuàng)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(chuàng)傷、治療疾病，這是醫(yī)療工具研發(fā)史上一個嶄新的起點。

現(xiàn)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(chuàng)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(yǎng)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(fā)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(fā)表于《先進科學》雜志的這項研究成果，回答了更為廣泛的醫(yī)學問題：控制細胞在體內組裝和協(xié)同工作的規(guī)則是什么？細胞是否可在自然生長環(huán)境中遵照不同的“身體計劃”重新組合，從而執(zhí)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(chuàng)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(fā)現(xiàn)，這些細胞不僅會創(chuàng)造多細胞形狀，而且能激發(fā)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(qū)域下。

使用人類細胞的優(yōu)點非常明顯。首先，由患者自身細胞構建的機器人，執(zhí)行治療任務不會引發(fā)免疫反應或承受免疫抑制劑風險；其次，它們只持續(xù)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(xiàn)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(fā)形成稱為類器官的微小多細胞球體。

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，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(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，或者只是在一側覆蓋著纖毛。

Anthrobot在實驗室培養(yǎng)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(yǎng)。它們還是完全可擴展的，人們可并行創(chuàng)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(qū)別是，細胞可相互交流并動態(tài)地創(chuàng)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(fā)現(xiàn)”了它們，人們只是在弄清楚如何結合這些元素來創(chuàng)造新的生物“身體計劃”和功能，而這與自然界中發(fā)生的有很大不同。

研究人員稱，生物機器人的下一步開發(fā)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。