神經元損傷修復搭“橋”的微型生物機器人

　　由患者自身細胞構建的“分子醫生”能夠篩查癌癥、修復受損組織、清除血管斑塊，是研究人員對未來醫學的構想。而美國塔夫茨大學發育生物學家Michael Levin致力將這種構想變為現實。

　　4年前，Levin和同事利用非洲爪蛙制造了一個“活體機器人”。他們將非洲爪蛙的胚胎心臟和皮膚細胞縫合在一起，形成了一種具有纖毛的類器官。這些能夠擺動的纖毛使“活體機器人”可以緩慢移動、泳動。

　　這是Levin等人邁出的實現未來醫學構想的第一步，但人類免疫系統對這種基于兩棲動物的“活體機器人”會產生排異反應。因此，在一項11月30日發表于《先進科學》的研究中，Levin等人誘導氣管細胞形成了類器官，同樣可以使用微小的附屬纖毛移動。在實驗室中，這種微型生物機器人被引入受傷的神經元后，能夠幫助神經元進行自我修復。

　　“該工作令人驚嘆且具有開創性，為個性化醫療開辟了道路。”美國卡內基梅隆大學組織工程師Xi “Charlie” Ren說。

　　Levin指導的研究生Gizem Gumuskaya以成年人的氣管細胞為基礎，因為這些細胞具有纖毛。研究人員希望以這些纖毛作為微小的槳，使類器官移動。

　　Gumuskaya將單個氣管細胞放入由大鼠組織制成的3D支架中。該支架與人類氣管的環境結構相似。兩周后，細胞繁殖并形成了微小的球體，但纖毛被包裹在球體內，因此無法移動。于是，研究人員給細胞“藥浴”。“藥浴”使用的液體可促使纖毛翻轉出來。

　　盡管具有相同的DNA，但得到的類器官大小和形狀各不相同。它們可以是由100至1000個細胞組成的圓形或長方形類器官，其中最大的約有罌粟籽大小。纖毛可能遍布類器官外表面，也可能聚集在離散的區塊中。

　　“這些類器官就像是指紋一樣，沒有相同的。”Gumuskaya說，這些特征在很大程度上取決于細胞在支架中的位置及其所浸入的液體的含水量。而纖毛的形狀、大小和位置則有助于確定類器官是以直線還是圓形軌跡移動，又或者只是擺動。

　　機器人構建成功，接下來就要看它們是否會與人體組織進行相互作用。Levin團隊在實驗室培養皿中培養了一片神經細胞，并劃傷細胞片。隨后，研究人員向培養皿中加入他們制作的微型生物機器人。

　　研究人員發現，這些加入的類器官在劃痕處來回移動，在其最終穩定下來的地方，一座神經組織橋在劃痕上形成，促使傷口自愈。

　　Levin說，淀粉或硅膠等非活性物質對劃痕修復產生不了這樣的影響。他認為，作為活組織，類器官幫助劃痕一側的神經細胞感知另一側的位置，從而促使其生長填補失去的細胞層。

　　研究人員將進一步改進這些細胞機器人，以使它們擁有更多功能，使其有望在疾病篩查、組織修復、藥物輸送等方面大展身手。