人类细胞造出了微型生物机器人

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

◎本报记者 张梦然

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？

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。