由患者自身細(xì)胞構(gòu)建的“分子醫(yī)生”能夠篩查癌癥、修復(fù)受損組織、清除血管斑塊，是研究人員對未來醫(yī)學(xué)的構(gòu)想。而美國塔夫茨大學(xué)發(fā)育生物學(xué)家Michael Levin致力將這種構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實。
4年前，Levin和同事利用非洲爪蛙制造了一個“活體機(jī)器人”。他們將非洲爪蛙的胚胎心臟和皮膚細(xì)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(jī)器人”可以緩慢移動、泳動。
這是Levin等人邁出的實現(xiàn)未來醫(yī)學(xué)構(gòu)想的第一步，但人類免疫系統(tǒng)對這種基于兩棲動物的“活體機(jī)器人”會產(chǎn)生排異反應(yīng)。因此，在一項11月30日發(fā)表于《先進(jìn)科學(xué)》的研究中，Levin等人誘導(dǎo)氣管細(xì)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(jī)器人被引入受傷的神經(jīng)元后，能夠幫助神經(jīng)元進(jìn)行自我修復(fù)。
“該工作令人驚嘆且具有開創(chuàng)性，為個性化醫(yī)療開辟了道路。”美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)組織工程師Xi “Charlie” Ren說。
Levin指導(dǎo)的研究生Gizem Gumuskaya以成年人的氣管細(xì)胞為基礎(chǔ)，因為這些細(xì)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(xì)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(huán)境結(jié)構(gòu)相似。兩周后，細(xì)胞繁殖并形成了微小的球體，但纖毛被包裹在球體內(nèi)，因此無法移動。于是，研究人員給細(xì)胞“藥浴”。“藥浴”使用的液體可促使纖毛翻轉(zhuǎn)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(xì)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(qū)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(xì)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(jī)器人構(gòu)建成功，接下來就要看它們是否會與人體組織進(jìn)行相互作用。Levin團(tuán)隊在實驗室培養(yǎng)皿中培養(yǎng)了一片神經(jīng)細(xì)胞，并劃傷細(xì)胞片。隨后，研究人員向培養(yǎng)皿中加入他們制作的微型生物機(jī)器人。
研究人員發(fā)現(xiàn)，這些加入的類器官在劃痕處來回移動，在其最終穩(wěn)定下來的地方，一座神經(jīng)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(zhì)對劃痕修復(fù)產(chǎn)生不了這樣的影響。他認(rèn)為，作為活組織，類器官幫助劃痕一側(cè)的神經(jīng)細(xì)胞感知另一側(cè)的位置，從而促使其生長填補(bǔ)失去的細(xì)胞層。
研究人員將進(jìn)一步改進(jìn)這些細(xì)胞機(jī)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(fù)、藥物輸送等方面大展身手。
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