兼具組裝、治癒、分解功能開啟醫學工具新篇章微型生物機器人修復受損神經元

THE MERIT TIMES

編譯／韋士塔 2023-12-23

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科學家在實驗室採集細胞，製作生物機器人。圖／網路

生物機器人有極大的醫療應用潛力。圖／網路

微型生物機器人，可透過纖毛移動。圖／網路

人源機器人可刺激神經元生長。圖／網路

編譯／韋士塔

美國塔夫茨大學（Tufts University）及哈佛大學的研究團隊，利用人類氣管細胞創造了一種微型生物機器人，這種機器人稱為「人源機器人」（Anthrobot），體積約人類頭髮的寬度。人源機器人可自我組裝，且對其他細胞有顯著的治癒效果，能修復受損神經元，有望開啟再生醫學、疾病治療新工具的新篇章。

研究團隊表示，塔夫茨大學的合成生物學家列文（Michael Levin）2020年已成功使用來自青蛙胚胎的材料，創造多細胞生物機器人「異種機器人」（Xenobot），可移動、記錄數據、收集材料、自我修復，並且能自行複製，最後自然分解。

列文教授的研究團隊持續探索異種機器人的能力，觀察這些能力是否僅限於兩棲動物胚胎，這種行為在兩棲動物的細胞中並不令人驚訝，因為兩棲動物的細胞可在受損時再生身體部位，研究團隊的重點在於其他物種的細胞是否能創造出具有各種性能的微型生物機器人。

經過多次實驗，列文與研究員古姆斯卡亞（Gizem Gumuskaya）發現，使用人類氣管細胞製造的人源機器人，不須進行基因改造，且性能優於異種機器人。研究人員在實驗室培養單一氣管細胞，這些細胞覆蓋著負責從肺部氣道清除顆粒物的纖毛。經過調整，這些細胞組成球形結構，外表有纖毛，可在液體產生如划槳般的動作以靈活移動。

研究團隊在發表於《先進科學》（Advanced Science）期刊的報告表示：「使用人類細胞創造生物機器人，且無需基因改造，這代表許多患者將可透過從自身衍生出的生物機器人恢復健康、癒合傷口。」

古姆斯卡亞解釋，透過重新編程細胞之間的相互作用，可創建新的多細胞結構，類似石頭、磚塊可排列成不同的結構，形成牆壁、拱門或柱子等不同產品。此外，細胞可相互交流並動態地創建不同結構，每個細胞都具有許多功能，例如：運動、分泌分子、檢測信號等。這些細胞能激發新的細胞生長，填補受傷細胞層的間隙。以神經元層來說，動用人源機器人，就能刺激並促進新的神經生長，讓神經再生。

列文教授表示，使用人類細胞製造生物機器人有許多優點；首先，由患者自身細胞構建的機器人，執行治療任務不會引發免疫反應，不須使用免疫抑制劑；其次，人源機器人會在完成任務後自行分解，被重新吸收到體內。

研究人員表示，生物機器人在醫療領域的應用潛力及範圍龐大，例如用來清除動脈粥樣硬化患者動脈中的斑塊、修復脊髓或視網膜神經損傷、識別癌細胞，或者把藥物準確輸送到人體內部特定位置。這種人源機器人不僅是生物技術及機器人學的重大突破，也為未來的醫療帶來新希望。

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