用人体细胞制成的微型生物机器人无需修改DNA就能促进神经元生长

用人体细胞制成的微型生物机器人无需修改DNA就能促进神经元生长研究人员利用人体气管细胞制造出了微小的生物机器人，它们可以自行移动并协同工作，促进受损神经元的愈合，而无需修改基因。这种微型机器人有可能改变再生医学和疾病治疗。此前，塔夫茨大学与佛蒙特大学合作，利用青蛙胚胎细胞创造了一种多细胞生物机器人，名为"Xenobot"，能够导航、记录信息和自我修复。当时，研究人员还不确定这些能力是否因为Xenobot是用青蛙细胞制造的，或者是否可以用其他物种的细胞制造生物机器人。在目前的研究中，研究人员希望了解是否可以将细胞从其自然环境中移除，并重新组合成不同的"身体计划"，以执行其他功能。他们发现，使用成人人类细胞可以制造出机器人，无需进行基因改造，而且能力更强。该研究的第一作者和通讯作者吉泽姆-古穆斯卡亚（GizemGumuskaya）说："我们想探究细胞除了在体内创建默认功能外还能做些什么。通过重新编程细胞之间的相互作用，可以创建新的多细胞结构，这就好比石头和砖块可以排列成不同的结构元素，如墙壁、拱门或柱子。"他们首先从人体气管表面提取气管细胞，然后开发出一种新的方案，利用支气管上皮祖细胞现有的能力，形成带有纤毛的多细胞球体，纤毛是一种微小的毛发状结构，可以振动移动。他们修改了这一过程，以产生纤毛包裹的球体；也就是说，纤毛结构位于球体外部而非内部。几天之内，这种被研究人员称为"Anthrobots"的新型细胞在纤毛的驱动下开始移动。这些机器人完全长成后大小从30微米到500微米不等，有的呈球形并完全被纤毛覆盖，有的则呈不规则或足球状，纤毛覆盖不均匀。纤毛的分布决定了机器人的运动方式，它们或在直线或曲线路径上循环或摆动。Anthrobots通常在实验室条件下存活45至60天，然后自然降解。"Anthrobots可以在实验室培养皿中自我组装，"Gumuskaya说。"与Xenobots不同，它们不需要镊子或手术刀来塑造形状，我们可以使用成人细胞，甚至是老年患者的细胞，而不是胚胎细胞。它完全可以扩展--我们可以并行生产成群的这些机器人，这是开发治疗工具的良好开端。"不同大小和形状的Anthrobots群GizemGumuskaya/塔夫茨大学研究人员在实验室培养皿中培养了一层二维人类神经元，然后用一根细金属棒划伤细胞，制造出一个没有细胞的"伤口"。他们将一群Anthrobots机器人放入培养皿中，观察它们在神经元表面移动的情况。这些机器人促进了新细胞的生长，填补了伤口造成的空隙，并形成了与健康细胞一样粗的神经元桥。在没有Anthrobots的伤口处，神经元没有生长。另一位通讯作者迈克尔-莱文（MichaelLevin）说："我们在实验室中构建的细胞组合体可以拥有超越它们在体内的功能。正常患者的气管细胞在不改变其DNA的情况下，可以自行移动并促进神经元在受损区域的生长，这令人着迷，也完全出乎意料。我们现在正在研究这种愈合机制是如何工作的，并探索这些构建体还能做些什么"。使用人体细胞的优势之一是能够利用患者自身的细胞构建机器人，在不引发免疫反应或不需要服用免疫抑制剂的情况下完成治疗工作。这种机器人的进一步发展可能会带来其他应用，比如清除动脉中的斑块积聚、修复受损的脊髓或视网膜神经、识别细菌或癌细胞，或向目标组织输送药物。从理论上讲，Anthrobots可以帮助愈合组织，同时输送促进再生的药物。这项研究发表在《先进科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401209.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401209.htm

利用干细胞3D打印组织可修复脑损伤

利用干细胞3D打印组织可修复脑损伤研究人员利用干细胞三维打印出分层脑组织（红色和蓝色），并与小鼠脑组织（蓝色）融为一体金永成/牛津大学在一项新的研究中，牛津大学的研究人员通过3D打印人类神经干细胞，制造出了一种双层脑组织，将其植入小鼠脑组织后，在结构和功能上都与之融为一体。这项研究的通讯作者之一周林娜说："我们的液滴打印技术为设计具有所需结构的活体三维组织提供了一种方法，这使我们更接近于创造个性化的脑损伤植入疗法。"人类诱导多能干细胞（hiPSC）在组织再生疗法中具有巨大的应用潜力。它们是人工干细胞，来源于体细胞，经过基因重编程后达到类似胚胎干细胞的状态，使其具有分化成人体任何细胞类型的独特能力。在目前的研究中，研究人员首先将hiPSCs分化成两种类型的神经祖细胞，分别用于形成大脑皮层的上层和深层。这些特定层的祖细胞被用来制造两种生物墨水，并通过三维液滴打印技术打印成分层组织。在将分层组织植入活体小鼠脑组织之前，先让打印出来的祖细胞成熟，并在一周内监测它们的生长和活性。从干细胞分化到植入三维打印脑组织的过程示意图金永成/牛津大学植入的组织显示出与小鼠脑细胞的紧密结合，包括神经元过程的形成--传导和传输神经信号的指状突起--以及神经元跨越植入物和宿主之间边界的迁移。植入的细胞还显示出与宿主细胞相关的信号活动，表明细胞正在相互交流，并显示出功能和结构上的整合。该研究的另一位通讯作者佐尔坦-莫尔纳尔（ZoltánMolnár）说："人类大脑的发育是一个微妙而精细的过程，有着复杂的编排。如果认为我们能在实验室中重现整个细胞发育过程，那就太天真了。不过，我们的3D打印项目表明，我们在控制人类iPSCs的命运和排列以形成大脑皮层的基本功能单元方面取得了实质性进展。"由于人类大脑皮层有多达六层神经细胞，研究人员计划改进三维液滴打印技术，以创建更复杂的多层组织，从而更逼真地模拟大脑结构。他们说，除了打印出的组织可能用于修复脑损伤外，它还可用于药物测试、大脑发育研究，以及提高我们对认知的理解。这项研究的第一作者金永成说："这一进展标志着我们在制造具有天然脑组织完整结构和功能的材料方面迈出了重要一步。这项工作将为探索人类大脑皮层的工作原理提供一个独特的机会，从长远来看，它将为脑损伤患者带来希望"。该研究发表在《自然通讯》（NatureCommunications）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388129.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388129.htm

微型混合机器人可识别、捕捉单个细胞

微型混合机器人可识别、捕捉单个细胞使用磁场来推动微型机器人是很有吸引力的，这也被称为微型马达；它不需要燃料，也不需要磁铁和身体组织之间的直接接触，可以准确转向，并能在广泛的温度和溶液导电性中发挥作用。电力驱动的微电机具有一些优势，如选择性的货物装载、运输和释放，以及利用电力使细胞"变形"的能力，但它们有一些缺点。因此，将两者结合起来是最好选择。该研究的通讯作者GiladYossifon说："到目前为止，基于电导机制运行的微型机器人在某些以相对较高的电导率为特征的环境中并不有效，例如生理环境，在那里电驱动的效果较差。这就是互补的磁性机制发挥作用的地方，无论环境的导电性如何，它都非常有效。"一旦混合推进系统被组装起来，研究人员就能够证明这个微型机器人的能力。他们用它来捕捉单个红细胞、癌细胞和单个细菌，证明了微型机器人可以区分健康细胞和被药物破坏的细胞，或者垂死的细胞和正在经历自然凋亡过程的细胞。一旦捕获，细胞可以被移到一个外部仪器上进行进一步分析。但是，混合型微型机器人的优势在于，它也可以通过感知细胞的状态来捕获非标记的细胞。这是第一个进行基于微型机器人感应无标签凋亡细胞的研究。"我们的新发展在两个主要方面大大推进了该技术：通过两种不同的机制--电和磁--进行混合推进和导航，"Yossifon说。"此外，该微型机器人识别和捕获单个细胞的能力有所提高，不需要标记，用于本地测试或检索并运送到外部仪器。"虽然该微型机器人的测试是在人体外进行的，但考虑到其广泛的应用潜力，研究人员希望它能很快能够在体内进行测试。Yossifon说："除其他外，该技术将支持以下领域：单细胞水平的医疗诊断，将药物或基因引入细胞，基因编辑，将药物运送到体内的目的地，清理环境中的污染颗粒，药物开发，以及创建'颗粒上的实验室'。这项研究发表在《高级科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1352635.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1352635.htm

基于干细胞技术的“生物氧气罐”可促进脑组织修复

基于干细胞技术的“生物氧气罐”可促进脑组织修复由于中风等原因造成的脑损伤，再生受损组织的竞赛正在进行。但是，干细胞生物技术成功的众多障碍之一，是让细胞保持足够长的生命力，以便它们开始工作。通常情况下，氧气供应不足和受伤的脑组织周围缺乏血管网络，使注射式生物水凝胶疗法的细胞死亡率很高，还有其他问题。PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347063.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1347063.htm

新冠病毒或能改变人体细胞基因组结构 有助解释“长新冠”

新冠病毒或能改变人体细胞基因组结构有助解释“长新冠”人体细胞内的遗传物质储存在染色质结构中。此前有研究称，一些病毒会劫持或改变人体的染色质，从而在细胞内成功繁殖，但新冠病毒是否以及如何影响人体内的染色质一直是未解之谜。在最新研究中，科学家们使用前沿方法，全面描述了感染新冠病毒后人类细胞内的染色质结构。最新研究发现，感染新冠病毒后，正常细胞内许多原本结构良好的染色质会变形。例如，人体感染新冠病毒后，一种名为a/B区的染色质结构的阴阳两部分会开始混合在一起，这种混合可能导致被感染细胞内一些关键基因发生变化，其中包括关键的炎症基因白细胞介素-6，它会在新冠肺炎重症患者体内引起细胞因子风暴。研究还发现，新冠病毒也改变了染色质的化学修饰。已知染色质化学修饰的变化会对基因表达和表型产生长期影响。因此，新发现可能为理解新冠病毒对宿主染色质的影响提供一个新视角，这种影响可能与“长新冠”有关。美国疾病控制与预防中心称，近1/5感染新冠肺炎的美国人在急性感染恢复数月后仍存在症状。研究人员希望最新发现为更多研究铺平道路，以了解新冠病毒的长期影响。研究团队总结道，最新研究阐明了新冠病毒改变人体染色质的独特机制，未来他们将集中了解新冠病毒如何做到这一点，研究结果将为保护染色质以及更好地应对新冠病毒提供策略。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351245.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1351245.htm

从小鼠细胞中提取的肌肉组织能移动"生物杂交机器人"

从小鼠细胞中提取的肌肉组织能移动"生物杂交机器人"虽然这些系统具有柔软的外形，但它们的许多部件仍像传统的同类产品一样是刚性的。研究人员正在努力为这些软体机器人引入柔性元件，以创造运动能力。正如麻省理工学院简明扼要地所说，"我们的肌肉是大自然的完美致动器"。不过，该团队的研究并不只是简单地模仿肌肉。该校的研究人员正在使用活体肌肉组织与合成机器人部件结合，制造一种被称为"生物混合"的机器人。麻省理工学院工程学教授里图-拉曼（RituRaman）证实了这一过程，并指出："我们用小鼠细胞构建肌肉组织，然后把肌肉组织放在机器人的骨架上。然后，这些肌肉就充当了机器人的致动器--每当肌肉收缩时，机器人就会移动。"肌肉纤维连接到一个被称为"挠曲"的"弹簧状"装置上，该装置是系统的一种骨骼结构。生物肌肉组织很难处理，而且通常难以预测。将其放置在培养皿中，肌肉组织会按预期膨胀和收缩，但不是以可控的方式膨胀和收缩。要在机器人系统中使用，它们必须可靠、可预测和可重复。在这种情况下，就需要使用在一个方向上具有顺应性，而在另一个方向上具有抵抗性的结构。拉曼的团队在马丁-卡尔佩珀教授的麻省理工学院制造实验室找到了解决方案。挠性结构仍需根据机器人的规格进行调整，最终选择了刚度为肌肉组织1/100的结构。拉曼指出："当肌肉收缩时，所有的力都会转化为该方向的运动。这是一种巨大的放大。"拉曼说，这种肌肉纤维/挠性系统可以应用于各种不同尺寸的机器人，但研究小组的重点是制造超小型机器人，以便有朝一日能在体内进行微创手术。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426909.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426909.htm