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由人体细胞制成的微型活机器人让科学家们大吃一惊
发布时间:2023-12-01 20:31 来源:CNN

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一张彩色图像显示了人类机器人的多细胞结构,它的表面被纤毛包围,使其能够移动和探索环境。

一项新的研究表明,科学家们已经用人类细胞创造了微型活体机器人,它们可以在实验室培养皿中移动,有一天可能能够帮助治愈伤口或受损组织。

塔夫茨大学和哈佛大学威斯研究所的一个研究小组将这些创造物称为人类机器人。这项研究建立在一些科学家早期工作的基础上,这些科学家从非洲爪蟾(Xenopus laevis)的胚胎中提取干细胞,制造出第一批活的机器人或异种机器人。

“有些人认为异种机器人的特征在很大程度上依赖于它们是胚胎和两栖动物的事实,”该研究的作者迈克尔莱文说,他是塔夫茨艺术与科学学院的Vannevar Bush生物学教授。

“我不认为这与胚胎有什么关系。这与青蛙的身份无关。我认为这是生物的一个更普遍的属性,”他说。

“我们没有意识到我们自己的身体细胞所具有的所有能力。”

莱文说,当人类机器人活着的时候,它们并不是成熟的有机体,因为它们没有完整的生命周期。

“它提醒我们,我们一直在处理的这些严酷的二元分类:那是机器人?是动物?还是机器?这些东西对我们没有很好的帮助。我们需要超越这一点。”

这项研究发表在周四的《先进科学》(Advanced Science)杂志上。

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吉泽姆·古穆斯卡亚 (Gizem Gumuskaya) 是塔夫茨大学的博士生,他帮助创造了人类机器人。

他们是如何制作的?

科学家们使用了来自不同年龄和性别的匿名捐赠者的气管或气管的成人细胞。塔夫茨大学的博士生、该研究的合著者吉泽姆·古穆斯卡亚(Gizem Gumuskaya)表示,研究人员之所以将注意力集中在这种类型的细胞上,是因为它们相对容易获得,因为它们对 Covid-19 和肺部疾病的研究相对容易,更重要的是,因为科学家们认为这种细胞具有运动能力。

气管细胞覆盖着称为纤毛的毛发状突起,它们来回波动。它们通常帮助气管细胞推出微小颗粒,进入肺部气道。早期的研究还表明,这些细胞可以形成类器官——广泛用于研究的细胞团。

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科学家创造出具有两组DNA的嵌合猴

斯卡亚对气管细胞生长条件的化学成分进行了实验,找到了一种促使纤毛在类器官上向外的方法。一旦她找到了合适的基质,这些类器官在几天后就可以移动了,纤毛的作用有点像桨。

“第一天、第二天、第四天或第五天什么都没有发生,但正如生物学通常所做的那样,在第七天左右,发生了迅速的转变,”她说。“它就像一朵盛开的花朵。到了第七天,纤毛翻了出来,长在外面。

“在我们的方法中,每个人类机器人都是从单个细胞中生长出来的。”

正是这种自组装使它们独一无二。莱文说,其他科学家也曾制造过生物机器人,但它们都是手工制作的,方法是制作一个模具,然后在上面播种细胞。

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每个人类机器人都是从单个细胞生长而来的。

不同的形状和尺寸

该团队创造的人类机器人并不完全相同。

有些是球形的,完全覆盖着纤毛,而另一些则形状更像足球,不规则地覆盖着纤毛。根据这项研究的新闻稿,它们的移动方式也不同——有的走直线,有的走小圈,还有的则坐着扭动。它们在实验室条件下存活了60天。

莱文和古穆斯卡亚说,这项最新研究中概述的实验还处于早期阶段,但目标是查明机器人是否可以具有医疗应用。为了了解此类应用是否可行,研究人员检查了人类机器人是否能够在实验室培养皿中生长的人类神经元上移动,这些培养皿已被“划伤”以模拟损伤。

研究指出,他们惊讶地发现机器人促进了神经元受损区域的生长,尽管研究人员尚不了解其愈合机制。

德国弗莱堡大学弗莱堡互动材料和生物启发技术中心的课题组组长法尔克·陶伯(Falk Tauber)表示,这项研究为未来将生物机器人用于不同功能并以不同形式制作的努力提供了基准。

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绿色的人形机器人在红色的神经元组织的划痕上生长。

没有参与这项研究的陶伯表示,这些人类机器人表现出了“令人惊讶的行为”,特别是当它们穿过并最终闭合人类神经元中的划痕时。

他说,利用患者自身细胞创建这些结构的能力表明了其在实验室以及最终可能在人类中的多种应用。  

莱文表示,他认为这些机器人不会造成任何道德或安全问题。他说,它们不是由人类胚胎制成的,也不是受到严格限制的研究,也不是经过任何方式的基因改造。

“他们生活的环境非常有限,所以他们不可能以某种方式离开或生活在实验室之外。他们不能生活在那个非常特定的环境之外,”他说。“它们有自然寿命,所以几周后,它们就会无缝地生物降解。”

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