用人体细胞无须基因改造竟能造出微型生物机械人?_细胞_机械人
最新的生物学研究表明,利用人体细胞,可以创造出微型生物机器人,且无须利用任何基因改造技能。对无数的患者来说,这意味着从他们自身衍生出的微型生物机器人,可以帮助他们愈合创伤、治疗疾病、规复康健——这可以说是医疗工具研发史上一个崭新的出发点。
有效促进活体神经组织愈合
美国塔夫茨大学和哈佛大学的研究职员,利用人类气管的细胞开拓出一种微型生物机器人。这种细胞可以在神经元的表面移动,还能使实验室培养皿中的受损神经元恢复活长。由这种细胞天生的微型生物机器人,尺寸小到人类发丝的宽度,大到铅笔尖的宽度。它们可自行组合(也可称之为“成长”),并发挥对受损细胞的治疗浸染。
实验中的每个微型生物机器人,都是从成年捐献者身上的细胞发展而成的。这些细胞来自气管表面,上面覆盖着一层被称为纤毛的毛发状突起,它们能来回摆动,帮助气管细胞打消眇小的颗粒,不让这些颗粒进入肺部的空气通道。
有研究表明,当某些细胞在实验室中成长时,会自发天生眇小的多细胞球体。在这项新的研究中,研究职员在凝胶中对人类气管细胞进行了为期两周的造就,然后将多细胞球体转移到黏性较小的溶液中造就一周。这一操作可以让细胞上的纤毛移动到球体的外部,而不是内部。如此一来,纤毛就可以像桨一样,驱动着细胞移动。
研究职员把稳到,通过这一过程天生的微型生物机器人,直径从30微米到500微米不等,补充了纳米技能设备和工程设备之间的一段空缺。
含有几百个细胞的微型生物机器人,在形状和运动上可以分为不同的类型。从形状角度分类,有的微型生物机器人呈圆球形,完备被纤毛覆盖;有的呈不规则的球形,如橄榄形,被纤毛不屈均覆盖;还有的只有一侧被纤毛覆盖。从运动角度分类,它们有的能沿着直线行进,有的能绕小圆圈移动,有的则将这些运动办法结合,还有的只是“呆坐”或摇摆。被纤毛完备覆盖的球形微型生物机器人方向于摆动;被纤毛不屈均覆盖的微型生物机器人,方向于在直线或波折的路径上向前移动。它们常日能在实验室条件下存活45—60天,然后自然降解。
研究职员表示,这些在实验室中构建的细胞,可以延伸出超越其在人体内的功能。在不修正DNA(脱氧核糖核酸)的情形下,病人的气管细胞可以自行移动,并促进受损区域的神经元成长。
这种环境令研究职员非常惊异。人们常日认为,若要微型生物机器人促进神经元细胞的成长,就须要对细胞进行基因改造。而如今,未经改造的微型生物机器人引发了大量的细胞再生,在伤口处创造了一层与其他康健细胞一样的神经元细胞。在没有微型生物机器人发生浸染的伤口上,则没有涌现神经元成长。这解释,具有治疗浸染的微型生物机器人,有效促进了活体神经组织的愈合。
为了测试微型生物机器人治疗创伤和疾病的潜力,研究职员把几个微型生物机器人放在一个小培养皿里。这些微型生物机器人领悟在一起,形成了一个超级机器人。研究职员把它放在人类神经元组织层上,用一根细金属棒刮擦这层组织,制造出一个开放的伤口。在超级机器人的浸染下,伤口在三天内就愈合了。
“智能细胞”与生俱来的能力研究职员阐明说,有些人体细胞具有与生俱来的能力,能以某些基本办法自行组合成更大、更有效的构造。这些细胞可形成片层、折叠状和球体,可以分离或领悟在一起,乃至定向移动——它们可以被称为“智能细胞”。
“智能细胞”与一样平常的细胞有两个主要差异:一是可以相互“互换”,并动态地创建新构造;二是每个“智能细胞”都具有多项功能,例如运动、分泌分子、检测旗子暗记等等。
“智能细胞”并非一项“发明”,由于它们一贯存在于人体内。而且,也不能说“创造”了“智能细胞”,人们只是弄清楚了如何利用它实现新的功能。
比较之下,生物机器人可以称之为一项发明。在过去的10年间,科学家对付生物构造的兴趣激增,生物机器人的观点便是在这一背景下问世的,它是由功能性生物组合而成的可移动构造。早期的生物机器人是细胞和支撑它们的惰性化学物质的稠浊体。
2021年,生物学家迈克尔·列文与其互助者,用一种新的方法通过模塑田鸡胚胎细胞,制造出了多细胞生物机器人——Xenobot(异种机器人)。这是第一种具有完备生物性的机器人,可以在没有外部起搏器的情形下自行移动。
异种机器人在医疗方面的运用比较有限,由于它不是人体细胞,而且必须经由人工模塑将其改变成所需的形状。那时科学家尚不清楚,异种机器人的能力是否依赖于它来自两栖动物的胚胎这一条件,也不知道利用哺乳动物的细胞是否也可以构建生物机器人。如今的最新研究成果回答了上述问题:利用人体细胞可以开拓出微型生物机器人,而且它在人类医疗领域能够发挥巨大的浸染。
不会引发免疫反应研究职员认为,通过调度“智能细胞”之间的相互浸染,可以创建新的多细胞构造,类似于石头和砖块可排列身分歧的构造,如墙壁、拱门或柱子。“智能细胞”不仅能天生多细胞构造,而且能引发细胞成长,以补充因划伤而造成的间隙。
微型生物机器人的紧张研究方向,是拓展其在人类医疗方面的运用,包括打消粥样硬化动脉中的斑块,修复脊髓或视网膜神经损伤,识别病菌及癌细胞,将药物运送到目标组织,等等。从理论上说,微型生物机器人不但可以帮助人体组织愈合,还能向受损的部位供应促进再生的药物。
与异种机器人比较,利用人体“智能细胞”开拓出的微型生物机器人的优点非常明显:将这种微型生物机器人用于医疗,不会引发人体的免疫反应。而且它们几周后就会分解,以是在发挥功能之后可以很随意马虎地被人体接管。
在人体之外,微型生物机器人只能在特定的实验室条件下生存,因此没有暴露或意外传播到实验室外的风险。它们不会繁殖,也没有经历过基因编辑、添加或者删除,因此不会产生超越现有安全范围的风险。
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