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人体细胞“机器人”可治愈包括神经元在内的受损组织

发布时间:

2024-01-19

      用患者自身细胞构建的“分子医生”能够筛查癌症、修复受损组织、清除血管斑块,这是研究人员对未来医学的构想。而美国塔夫茨大学发育生物学家Michael Levin致力于将这一构想变为现实。

                                                                           


      4年前,Levin和同事利用非洲爪蛙制造了一个“活体机器人”。他们将非洲爪蛙的胚胎心脏和皮肤细胞缝合在一起,形成了一种具有纤毛的类器官。这些能够摆动的纤毛使“活体机器人”可以缓慢爬行,甚至游泳。 这是Levin等人朝着实现未来医学构想迈出的第一步,但人类免疫系统对这种基于两栖动物组织的“活体机器人”会产生排异反应。因此,在一项最新的研究中,Levin等人诱导气管细胞形成了类器官,后者同样可以借助微小的纤毛移动。在实验室中,这种微型生物机器人被引入受伤的神经元后,能够帮助神经元进行自我修复。
      “该工作令人惊叹且具有开创性,为个性化医疗开辟了道路。”美国卡内基·梅隆大学组织工程师Xi “Charlie” Ren说。
      Levin指导研究生Gizem Gumuskaya从成年人的气管细胞入手,因为这些细胞也具有纤毛。研究人员希望以这些纤毛作为微小的桨,使类器官移动。 Gumuskaya将单个气管细胞放入由大鼠组织制成的3D支架中。该支架与人类气管的环境相似。两周后,这些细胞繁殖并形成了微小的球体,但纤毛被包裹在球体内,因此无法移动。于是,研究人员给细胞进行了“药浴”,从而使纤毛翻转出来。 尽管具有相同的DNA,但最终形成的类器官的大小和形状各不相同。它们是由100至1000个细胞组成的圆形或椭圆形类器官,其中最大的约有罂粟籽大小。它们的纤毛有的遍布类器官外表面,有的聚集在离散的区块中。
      “这些类器官就像指纹一样,没有两个是相同的。”Gumuskaya说,这些特征在很大程度上取决于细胞在支架中的位置及其所浸入的“药液”的含水量。而纤毛的形状、大小和位置则有助于确定类器官是以直线还是圆形轨迹移动,又或者只是摆动。随着机器人构建成功,接下来就要看它们是否会与人体组织相互作用。Levin团队在实验室培养皿中培养了一片神经细胞,并将其划伤。随后,研究人员向培养皿中加入他们制造的微型生物机器人。 研究人员发现,这些加入的类器官会在划痕处来回移动,并最终稳定下来,此时神经组织在划痕上形成了一座“桥”,促使伤口愈合。
      Levin说,淀粉或硅胶等非活性物质对划痕修复产生不了这样的影响。他认为,作为活组织,类器官帮助划痕一侧的神经细胞感知另一侧的位置,从而促使其生长以补充失去的细胞层。研究人员将进一步改进这些细胞机器人,使它们拥有更多功能,进而有望在疾病筛查、组织修复、药物输送等方面大展身手。

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