美国塔夫茨大学和哈佛大学的考虑职员正在2023年11月30日的《前辈科学》上揭橥了一项打破性的考虑收效。他们欺骗人类气管细胞成立了一种微型生物机械人,称为人类机械人(Anthrobots)。
新的微型生物机械人有几个特质。一是采用人的细胞合成,二是可能运动,三是可能修复受损的细胞。这几个特质加正在沿途,为人类有用欺骗生物机械人打下了坚实根底。
历久以后,考虑职员都正在考试研爆发物机械人以诊治疾病,然则最先限度正在采用哪种生物来研发机械人。2020年美国塔夫茨大学生物学熏陶迈克尔·莱文 (Michael Levin) 的考虑团队欺骗田鸡胚胎细胞成立了一个多细胞生物机械人,定名为异种机械人(Xenobot)。这种机械人是一种活的、可编程的有机体,巨细不到1毫米,拥有多种人命特质,可能正在水性介质中搬动、拥有自我修复材干、可自行生物降解。最厉害的是,即使把生物机械人切成两半,它不光能把我方缝合起来,还能不绝行为。况且,它们不仅是能直线行进,也能转圈。
然则,之后有考虑职员提出,异种机械人的合成和可能搬动是否由于用蛙类的胚胎细胞合成,其他生物,如人类的况且非胚胎细胞是否也可能合成微型机械人。为懂得答这个题目,同样是莱文团队与其他考虑团队合营,举行了进一步的深化考虑,成立了现正在的人类机械人。之是以取这个名称是由于,该微型机械人是由人类肺上皮细胞成立的新型、多细胞、全部生物、自我修筑、可搬动的人命构造,它根源于人类,并拥有动作生物机械人平台的潜力。从这个疏解可能区别机械人、人形机械人、异种机械人,Anthrobots即是用人类细胞天生的非人形微型生物机械人。
考虑职员是正在实习室的器皿中培植微型机械人的。他们从人体气管轮廓提取支气管上皮细胞,此中含有支气管上皮祖细胞。祖细胞是存正在于成体结构中拥有较为了了分歧主意的干细胞(成体干细胞),是细胞正在彻底分歧前能转化成某种细胞的中央细胞,也称前体细胞,有肯定的分歧功用,但比胚胎干细胞的分歧功用低机器人。
考虑职员欺骗支气管上皮祖细胞现有的分歧材干,合成带有纤毛的多细胞球体,纤毛是一种轻细的毛发状构造机器人,可能振动搬动。况且,考虑职员培植出的是纤毛构造位于球体表部的人类机械人。这些机械人全部长成后的体积是从30微米到500微米不等(相似人类头发到削尖的铅笔尖端的厚度),它们有的呈球形并全部被纤毛掩盖,有的则呈造孽则样子或足球状,纤毛掩盖不匀称。
纤毛的分散肯定了人类机械人的运动方法,它们既可能做直线运动,也可能做弧线运动和环状运动,或摆动。人类机械人正在实习室前提下可存活45至60天,然后天然降解。
最主要的是,人类机械人拥有调治功用。考虑职员对天生的人类机械人举行试验,让其修复用金属棒刮擦过的一块受伤的神经结构。把人类机械人安放于一个窄幼的空间内,它们会天然变成一个集群,然后把它们放正在间隔受损神经结构不远的地方。人类机械人可搬动到受损的神经结构之处,激励多量的结构再生,修复了受损的神经元。
与之对比的是,正在没有人类机械人的受伤神经结构中,神经元不会滋长。这剖明,起码正在实习室培植皿的二维宇宙中,人类机械人促使了活体神经结构的有用愈合。然而,考虑职员目前尚无法疏解为何人类机械人能修复受损的神经结构。一个大概的臆度是,人类机械人是由支气管干细胞培植的,因此有肯定的修复结构的材干。
现正在看来,人类机械人拥有几方面的上风。一是,培植人类机械人这种微型机械人险些没有什么伦理限度,由于不损害DNA和基因,况且没有像胚胎干细胞那样的限度,可能从成人的气管和支气管提取举行培植。其次,人类机械人易于培植,不必要考虑职员用镊子或手术刀来塑造样子,只消用成人的细胞正在器皿中就可能培植。其它,培植变成的人类机械人能运动,运动的动力来自本身的纤毛的饱动,是以可能做定向运动,向靶主意靠拢机器人。更主要的是,因为人类机械人有修复功用机器人,正在靠拢靶主意,如受损的器官后,可对其精准修复。
况且,人类机械人的安闲性较高,它只可正在非凡特定的实习室前提下生计,不会正在实习室表闪现或不料宣扬,它们也不会孳生,更不会对人的基因举行编纂、增添或删除而形成不料危害,不像基因铰剪CRISPR/Cas9那样有脱靶的危害。
有了这些特质,就可能欺骗人类机械人诊治疾病,如修复受损的结构,更加是修复受伤的脊髓或视网膜神经毁伤。对待阿尔茨海默病(暮年性痴呆)大概会兴盛为一种有用的调治技能。阿尔茨海默病的发病机理有多种假说,如遗传说、β-淀粉样卵白斑块说、tau卵白说、神经炎症说等,但无论是哪种假说,都存正在一种气象,患者大脑特定区域中有多量神经元被捣蛋,脑细胞萎缩牺牲。要是欺骗患者的气管、支气管细胞培植人类机械人,并输入到患者大脑特定部位,就有大概修复受损的神经元,缓解症状,或治愈阿尔茨海默病患者。
不光可能调治阿尔茨海默病,人类机械人还可能帮帮其他结构,如肌肉、血管的修复和愈合,同时还可借用其可能运动的功用输送药物到主意结构,以及识别细菌或癌细胞。因为它们广泛正在 45-60天后天然生物降解,是以不会形成主意结构或器官的增生。机器人生物呆板人的新打破