在过去的十年间,科学家对于从头开始发展生物结构的兴趣激增,其中一类被称为生物机器人(biobot)的由功能性生物组装而成的可移动合成结构,就是一个典型的例子。早期的生物机器人是生物细胞和支撑着它们的惰性化学物质的混合体。2021年,生物学家Michael Levin与合作者用一种不同的方法,通过模塑青蛙胚胎细胞,制造出了多细胞生物机器人——Xenobot(异种机器人)。
这是第一个完全生物性的生物机器人,可以在没有外部起搏器的情况下自发移动。
但是,Xenobot的医疗应用是有限的,因为它们不是来自人类细胞,而且它们必须经过人工模塑将其改变成所需形状。在一项新发表于《高级科学》的研究中,Levin与他的同事利用人体的气管细胞,制造出了被称为Anthrobot(人体机器人)的微型生物机器人。
这些由人体细胞制成的Anthrobot具有一些超越了在Xenobot身上所观察到的能力,它们可以在没有任何基因修饰的情况下自组装,并对其他细胞具有显着的愈合效果。
每个Anthrobot都是从一个成年捐献者身上获得的单细胞开始的。这些细胞来自气管表面,上面覆盖着一层被称为“纤毛”的毛发状的突起,它们来回摆动,帮助气管细胞排出微小的颗粒,进入肺部的空气通道。
研究人员在凝胶中对人类气管皮肤细胞的球状体进行了为期两周的培育。然后将这些多细胞球体簇转移到粘性更低的溶液中培养一周,这一操作可以导致细胞上的纤毛移动到球体的外部而不是内部。由此产生的Anthrobot的大小从30微米到500微米不等,填补了纳米技术和大型工程设备之间的一个重要空白。
研究人员想要测试这些Anthrobot的治疗潜力,他们设计了一个实验来检测这些机器人是否可以愈合伤口。
为了测试这些Anthrobot的治疗潜力,研究人员把几个Anthrobot放在一个小的培养皿里。在那里,Anthrobot融合在一起,形成了一个Superbot(超级机器人)。研究人员把它放在一个二维的人类神经元组织层上,并用一根细金属棒刮擦这个组织层,创造出一个缺乏细胞的开放“伤口”。在Superbot的作用下,神经元在三天内就完全愈合了。
与Xenobot相比,Anthrobot的优点在于它们是使用人体细胞构建而成的,这使得当将Anthrobot用于治疗工作时,不会引发免疫反应或需要免疫抑制剂。而且它们只能持续几周就会分解,所以它们在行使完功能之后就很容易被人体重新吸收。研究人员表示,这一研究结果是将取自于患者的生物机器人作为再生、愈合和治疗疾病的新治疗工具的一个起点。