“活体机器人”先驱再获突破！ 使用人体细胞制造生物机器人，可在实验室中修复神经组织创伤

现如今，使用化学合成材料制造的机器人已经屡见不鲜，它们能够从事运输、精细操作甚至与人一起协同工作。

近年以来，随着微型机器人逐步进入生物医疗领域，以其为基础的微创、无痛且智能化的医疗手段展示出了巨大的应用前景，并且催生出了对于新型生物机器人的迫切需求。

日前，来自美国塔夫茨大学和哈佛大学Wyss研究所的一组研究人员利用人类气管细胞创造了一种微型生物机器人“Anthrobots”。这种机器人无需进行基因改造，就可以实现自我组装、移动，并且将其添加到受伤的神经元中时，它们还可以帮助神经元进行自我修复。相关论文《Motile Living Biobots Self-Construct from Adult Human Somatic Progenitor Seed Cells》已发表。

虽然尚不清楚Anthrobots究竟如何促进神经元生长，但该研究结果表明其确实能够对受损神经元产生治疗效果。这种源自人类细胞的生物机器人或将成为再生医学、神经科学治疗领域的一个新的起点。

值得注意的是，本次研究的通讯作者之一、来自塔夫茨大学的发育生物学家迈克尔·列文曾以制造出全球首个可繁殖的“活体机器人”而闻名。除此之外，他还曾利用生物电路成功改造物种和修复器官等。

本次研究的部分资金来自一家名为Astonishing Labs的初创企业，迈克尔·列文是Astonishing Labs的科学联合创始人。据悉，该公司旨在利用生物机器人技术来治疗神经系统疾病以及神经和脊髓损伤，但截至目前，该公司并未披露任何科学及技术相关信息。

1使用成人器官细胞制造机器人

大约四年以前，列文就利用非洲爪蛙的胚胎细胞制造出了他的第一个活体机器人“Xenobots”。该活体机器人带有纤毛结构，使其能够自由移动、运载药物甚至还可以自行复制。

“Xenobots”只是列文研究计划的第一步，该步骤的成功证明了从头开始设计并制造生物机器人的想法切实可行。他由此设想道“通过添加额外的生物组件，并将其与计算机设计、3D细胞打印技术结合，人们可以开发出一系列多样化的活体机器，这些机器能够输送药物、清除小毛细血管的堵塞或收集海洋中的微塑料，等等。”

然而，考虑到人类免疫系统可能无法接受这种基于两栖动物的生物机器人，因此，应用于人体的理想生物相容性材料将来自于人类本身。

本次研究中，论文第一作者古姆斯卡亚从成人气管表面的细胞着手，这些细胞由于具备纤毛结构从而可以来回运动。古姆斯卡亚将单个细胞放入由大鼠组织制成的3D支架中，在此过程中，还需要改变培养基的粘度水平诱导存在于细胞内的纤毛转向细胞外部。两周后，细胞繁殖并且形成了形态各异的微小球体。

这种生物机器人由成人细胞制造，并且不需要经过任何基因改造。古姆斯卡亚对此介绍道，“通过重新编程细胞之间的相互作用，可以创建新的多细胞结构，类似于使用石头和砖块可以搭建墙壁、拱门或柱子等不同的结构，从而发挥不同的作用。”

尽管具有相同的DNA，但所得球体的大小和形状各不相同。其中有些是球形的，完全被纤毛覆盖；有些形状不规则，但有更多斑片状的纤毛覆盖。

并且由于形态不同，这些球体的运动类型也各不相同。受到纤毛的形状、大小和位置影响，它们有些沿着直线行进，有的沿着圆周移动，或者仅仅只会摆动。

“就像指纹一样，没有哪两个球体是相同的，”古姆斯卡亚对此介绍道，它们通常能够在实验室条件下存活约45～60天，然后自然降解。

2“超级机器人”修复神经细胞损伤

在列文的计划中，他意图将Anthrobots打造为一种具有治疗作用的生物机器人。为了实现这一目标，列文团队选择将Anthrobots放置在受损的神经细胞之中，以评估其对于神经细胞的治疗作用。

具体而言，研究团队首先在培养皿中构建了一个人类神经元的二维层，然后用细金属棒刮擦该层，形成了一个没有细胞的开放“伤口”。

而当古姆斯卡亚将一群机器人添加到培养皿中时，她发现Anthrobots能够有效地穿过受损组织。除此之外，具有更高旋转趋势、更高速度机器人的运动轨迹也具有明显差异。

在观察了机器人在划痕中的运动行为之后，研究者想到，可以通过促进不同机器人的随机聚合来形成一个更大的结构，从而能够让它们完成一些“集体任务”。他们将这个更大的结构命名为“超级机器人”。

就像是一群蚂蚁可以聚集形成一座桥，然后集体跨越一条沟渠一样。研究者没有使用任何模具或外部设备，而是将许多个Anthrobots限制在一个相对狭小的区域内，同时保持其他一切不变，这些Anthrobots便自行完成了随机聚合。

古姆斯卡亚解释说，细胞本身具有以某些基本方式自组装成更大结构的能力。 “细胞之间可以相互通信并且动态地创建不同的结构，并且每个细胞都被编程为具有许多功能，例如运动、分子分泌、信号检测等。我们只是想办法结合这些元素来创造新的生物体和功能。”

更加令人惊讶的是，在将“超级机器人”接种到组织划痕后的72小时内，研究者发现原生组织发生了再生行为，从而让划痕开始闭合，并且这种闭合的情况仅发生在超级机器人接种部位。

在此之后，列文还增加了一个对照实验，其结果证实使用淀粉或硅酮等无生命物质搭建类似的“桥”并不能产生治疗效果。

列文对此猜测道，作为活体组织，机器人或可帮助划痕一侧的神经细胞感知另一侧的位置，以便它们“启动”生长行为。

“列文的研究证明，经过改造和训练的细胞可以去做一些它们原本不会做的事情，”麻省理工学院的合成生物学家罗恩·魏斯对此评价道，“研究人员甚至可以通过修改这些机器人的基因组来实现更多所需的功能，例如运输抗癌药物等等。总体而言，这些机器人仍有巨大潜力有待挖掘。”

该项工作的研究人员进一步指出，随着生物机器人技术的逐步进展，其潜在的应用前景十分巨大。包括清除动脉粥样硬化的斑块、修复神经损伤、识别和治疗癌症等，各类不同的医学领域或将在微型生物机器人的帮助下得到革新。（综合整理报道）（策划／多洛米）