「人類機器人」能修復實驗室中神經層上的損傷

• Matthew Hutson; Nature; 30 November 2023

科學家已經開發出由人類細胞製成的微型機器人，能夠修復受損的神經組織。這些「人類機器人」(anthrobots)是使用人類氣管細胞製造的，將來可能使用在個人化醫學中。

這項研究「為合成控制一系列發展過程的『組織工程2.0』指明了方向」，費城賓夕法尼亞大學的生物工程師Alex Hughes表示。

麻省梅德福德的塔夫茨大學(Tufts University)的發展生物學家Michael Levin及其同事之前曾使用一團胚胎蛙細胞製造過微型機器人。但是這些「異種機器人」(xenobots)的醫學應用受到了限制，因為它們不是來自人體細胞，而且它們必須手動刻成所需的形狀。研究人員現在已經開發出能夠自我組裝的「人類機器人」，並正在使用實驗室培養的人類組織探究它們的治療潛力。研究結果已發表在《先進科學》(Advanced Science) 期刊上。

Levin及其團隊在凝膠中培養了兩週的人類氣管皮膚細胞的球狀體，然後將這些聚集體取出，並在較不粘稠的溶液中再培養一週。這導致細胞上的微小毛絨，稱為纖毛(cilia)，移動到球狀體的外部而不是內部。這些纖毛起到槳(oars)的作用，研究人員發現產生的「人類機器人」（每個包含數百個細胞）通常以多種模式之一游泳。有些直線游泳，有些圓周游泳或弧形游泳，還有一些呈混亂運動。

為了測試「人類機器人」的治療潛力，Levin及其同事將其中幾個放入一個小碟子中。在那裡，「人類機器人」融合在一起形成一個「超級機器人」(superbot)，研究人員將其放在被刮傷的神經組織上。在三天內，神經細胞層在「超級機器人」下完全恢復了。這是令人驚訝的，研究合著者、同樣在塔夫茨大學的發展生物學家Gizem Gumuskaya表示，因為「人類機器人」的細胞能夠在不需要任何基因修改的情況下執行此修復功能。「你不會明顯地得到這種反應」，她說。

Levin、Gumuskaya及其同事認為，將由個人組織製成的「人類機器人」可用於清理動脈、破碎黏液或傳遞藥物，無論是否通過基因工程。通過結合多種細胞類型並探索其他刺激，也可能開發出具有可持續建造和外太空探索潛力的生物機器人(biobots)。

Levin表示：「一旦我們了解了細胞集體願意和能夠做什麼，我們就可以開始不僅僅控制獨立的機器人，還可以用於再生醫學」，包括四肢再生。

微型人類機器人：細胞工程的再生醫療新紀元

在再生醫學的領域裡，一項令人振奮的突破正悄然展開——由人類細胞製成的微型機器人（anthrobots），已被證實能在實驗中修復受損的神經組織，開啟了細胞工程與醫療科技融合的新方向。

這些微型「人類機器人」由人類氣管細胞自我組裝而成，擁有外層排列的纖毛（cilia），能夠像槳一樣推動整體細胞團游動。研究團隊發現，它們不僅可以以不同模式移動，甚至能融合形成「超級機器人（superbot）」，在短短三天內幫助實驗中的神經細胞層完全恢復，不需任何基因改造或外部控制，令人驚艷。

這項研究的突破，其實來自幾年前的實驗基礎。早在2020年，科學家首次利用非洲爪蟾（Xenopus laevis）的胚胎細胞打造出「異種機器人（xenobots）」，證明細胞可經由人為操控形塑為功能性微型裝置。然而，由於這些細胞並非來自人體，其應用面臨免疫排斥、倫理爭議與臨床限制。

如今，anthrobots的出現完成了關鍵的躍進：

• 完全由人體細胞構成，不需轉基因操作；
• 可自發性組裝並執行生理功能；
• 為個人化與臨床應用提供了可能。

這些微型人類機器人未來可望應用於：

• 修復受損神經與組織再生，
• 清理動脈或呼吸道堵塞物，
• 精準運送藥物至病灶區，
• 結合不同細胞類型以建構高階生物機器人（biobots），甚至用於外太空探索與極端環境修復。

這項研究顯示，當我們重新理解細胞不只是組成身體的單位，而是具備智慧、能自我組織與修復的生命材料時，醫療科技將不再依賴單一藥物或機械介入，而是進入「細胞為工匠」的再生時代。

未來的醫療，也許將不只是修補，更是重建。而這些由人體自己構成的機器人，可能正是那扇通往再生醫療黃金時代的大門。

編譯與評論: 百聯醫學編譯

Translator: PI-Union Medical Science

Source

Tiny robots made from human cells heal damaged tissue (nature.com)

References

1. Gumuskaya, G. et al.Adv. Sci. https://doi.org/10.1002/advs.202303575 (2023).