塔夫茨大學(xué)的 Michael Levin 等人在  PNAS 發(fā)表論文【1】，從非洲爪蟾胚胎細(xì)胞創(chuàng)造了全球***多細(xì)胞活體生物機(jī)器人——Xenobots，其能夠移動(dòng)，和自我修復(fù)。2021年3月，該團(tuán)隊(duì)在 Science Robotics 期刊發(fā)表論文【2】，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了Xenobots的自我繁殖，還能讓它們執(zhí)行特定任務(wù)。詳情點(diǎn)擊：***活體機(jī)器人，開(kāi)創(chuàng)生命繁衍新方式

但當(dāng)時(shí)并不清楚這些能力是否取決于它們來(lái)自?xún)蓷珓?dòng)物胚胎細(xì)胞，以及是否可以從其他物種的細(xì)胞中構(gòu)建這種生物機(jī)器人。

塔夫茨大學(xué)和哈佛大學(xué)的研究人員在 Advanced Science 期刊發(fā)表了題為：Motile Living Biobots Self-Construct from Adult Human Somatic Progenitor Seed Cells 的研究論文。

該研究利用人類(lèi)氣管細(xì)胞創(chuàng)造了微型生物機(jī)器人——Anthrrobots，這些多細(xì)胞的生物機(jī)器人的大小從人類(lèi)頭發(fā)直徑到削尖鉛筆尖的寬度不等，它們可以在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿表面移動(dòng)，能夠自我組裝，并對(duì)其他細(xì)胞（例如受損的神經(jīng)元）產(chǎn)生顯著的愈合效果。這一發(fā)現(xiàn)是研究人員將患者來(lái)源的生物機(jī)器人作為再生、愈合和治療疾病的新工具的起點(diǎn)。

該研究表明，可以從人類(lèi)細(xì)胞中創(chuàng)建生物機(jī)器人，而且無(wú)需任何基因修飾，這些生物機(jī)器人展示了超越Xenobots的能力。這一發(fā)現(xiàn)也有助于我們回答一些更廣泛的問(wèn)題——控制細(xì)胞在體內(nèi)組裝和協(xié)同工作的規(guī)則是什么？細(xì)胞是否可以從其自然環(huán)境中跳出并重新組合，從而設(shè)計(jì)其執(zhí)行其他功能？

在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)使用來(lái)自成人氣管表面細(xì)胞，通過(guò)重編程這些細(xì)胞之間的相互作用，創(chuàng)建出新的多細(xì)胞結(jié)構(gòu)，類(lèi)似于同樣的石頭和磚塊可以被安排成不同的建筑結(jié)構(gòu)，例如墻壁、拱門(mén)或柱子。值得一提的是，該論文的***作者、博士生 Gizem Gumuskaya 在進(jìn)入生物學(xué)領(lǐng)域之前，曾獲得建筑學(xué)學(xué)位。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞不僅可以創(chuàng)造新的多細(xì)胞形狀，而且還可以在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中生長(zhǎng)的人類(lèi)神經(jīng)元的表面上以不同的方式移動(dòng)，并促進(jìn)這些神經(jīng)元新的生長(zhǎng)，來(lái)修復(fù)由于劃痕造成的神經(jīng)元損傷缺口。

使用人類(lèi)細(xì)胞的優(yōu)勢(shì)包括能夠從患者自己的細(xì)胞來(lái)構(gòu)建生物機(jī)器人Anthrrobots來(lái)執(zhí)行治療工作，而不會(huì)誘發(fā)免疫反應(yīng)或需要使用免疫抑制藥物。這些Anthrrobots只持續(xù)幾周就會(huì)分解掉，因此在工作完成后可以很容易地被身體重新吸收。此外，在體外，這些Anthrrobots只能在非常特定的實(shí)驗(yàn)室條件下生存，沒(méi)有暴露或意外傳播的風(fēng)險(xiǎn)。而且，它們不能繁殖，也沒(méi)有基因的編輯、添加或刪除，因此沒(méi)有超越現(xiàn)有安全措施的進(jìn)化風(fēng)險(xiǎn)。

論文通訊作者 Michael Levin 教授表示，在實(shí)驗(yàn)室中構(gòu)建的這種自組裝細(xì)胞具有超越它們?cè)隗w內(nèi)的作用的能力。這令人著迷而又完全出乎意料的，來(lái)自人類(lèi)氣管的細(xì)胞在不修改其DNA的情況下，可以自行移動(dòng)并促進(jìn)培養(yǎng)皿中受損神經(jīng)元生長(zhǎng)和愈合。團(tuán)隊(duì)目前現(xiàn)在正在研究這種愈合機(jī)制是如何工作的，并探索這些生物機(jī)器人還能做什么。

Anthrrobots是如何被制造出來(lái)的？

每個(gè)生物機(jī)器人Anthrrobot由數(shù)百個(gè)細(xì)胞組成，都始于一個(gè)成年捐贈(zèng)者的單細(xì)胞，這些細(xì)胞來(lái)自氣管表面，氣管的表面覆蓋著毛發(fā)狀的突起，即所謂的纖毛，纖毛通過(guò)來(lái)回?cái)[動(dòng)，幫助氣管細(xì)胞將微小顆粒推出肺部氣道。例如我們通過(guò)咳嗽或清喉嚨來(lái)排出多余顆粒和液體時(shí)都經(jīng)歷了纖毛細(xì)胞的工作。這些纖毛細(xì)胞可以在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)為多細(xì)胞球形類(lèi)器官。

在這項(xiàng)***新研究中，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了新的培養(yǎng)條件，從而培養(yǎng)出纖毛朝外的類(lèi)器官結(jié)構(gòu)。在幾天時(shí)間內(nèi)，這些Anthrrobots就能夠在這些纖毛的驅(qū)動(dòng)下四處移動(dòng)。研究團(tuán)隊(duì)觀察到，不同形狀的Anthrrobots具有不同的運(yùn)動(dòng)類(lèi)型，這也是生物機(jī)器人平臺(tái)觀察到的***個(gè)重要特征。

人支氣管上皮細(xì)胞自組裝成多細(xì)胞可運(yùn)動(dòng)的活體結(jié)構(gòu)

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)所構(gòu)建的不同類(lèi)型的Anthrobots進(jìn)行了表征，他們觀察到這些生物機(jī)器人可以分為幾種不同的形狀和運(yùn)動(dòng)類(lèi)別，它們的直徑從30-500微米不等（大約相當(dāng)于從人類(lèi)頭發(fā)的直徑到削尖的鉛筆尖的直徑），這填補(bǔ)了納米技術(shù)和大型工程設(shè)備之間的尺度空白。

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