未来或可挽救患者生命：美科学家用青蛙细胞制成微型机器人

• 2022-01-04 10:25:13 来源：参考消息

参考消息网1月4日报道据英国广播公司（BBC）网站报道，美国研究人员用青蛙细胞创造了能够自我复制的活体机器人。美国哈佛大学和塔夫茨大学机器人专家、博士后研究员山姆·克里格曼近日接受了该媒体记者采访并介绍了更多相关信息。现将文章摘编如下：

设计这样一个机器人的出发点是什么？

这个项目起初是发育生物学家与机器人专家之间的协作。我们的目标是通过建造有类似能力的机器人来了解动物是如何生长和再生的。我们用硅胶制造了第一批机器人，它们可以改变形态和体量，以模拟生长过程。我们从中探究和发现最有意思的科学问题，好奇心促使我们提出了用生物细胞建造机器人的想法。具体而言，我们使用的是取自非洲爪蛙（Xenopus laevis）的细胞，因此我们的机器人得名xenobot。

所以，你们首先用计算机模型设计出了xenobot的外形？

没错。我们构建了一个模型，试图预测细胞在排列成不同结构时的表现。如果你看一下模型内部，就会看到一个虚拟的培养皿，里面装有若干虚拟的xenobot，每个xenobot都有自己的设计和独特的行为。我们在模型内部运行了一个试错进化过程，以便找到合适的xenobot设计。

计算机通常会提出人类没发现的简单有效的解决方案。人类的认知局限和偏见完全有可能阻止我们手工设计出真正有用的xenobot。但是，由于有计算机软件在为我们设计xenobot，我们有无限的可能性。

为什么选择用青蛙心脏细胞制造xenobot？

我们之所以选择青蛙心脏细胞，是因为我们实验室有青蛙细胞。这些青蛙一次产下数千个卵。第2天，这些蛙卵只有一天大，我们从中取了一些来制造xenobot。当时，蛙卵内部没什么东西，只是软乎乎的一团——干细胞尚未形成，没有任何神经元或感觉器官存在。因此我们觉得这在伦理上是负责任的获取制造材料的方式。我们引导这些细胞发育成2种组织——心脏肌肉和皮肤，因为这足以制造出非常简单的xenobot。

例如，我们制造的第一批xenobot可以利用心脏细胞行走，心脏细胞会像活塞一样收缩和膨胀，并沿着培养皿底部推动xenobot。我们最新的一批xenobot完全是由皮肤组织构成的。青蛙皮肤组织上有一片片被称为纤毛的纤细毛发。这些毛发像灵活的桨一样来回摆动，推动xenobot向前，并让它游动起来。青蛙细胞的一个良好特性是它们预先装载了能量（类似鸡蛋中的蛋黄），可以让它们维持生存数周，无需补充能量或喂食。

那么，你们是如何用细胞制造出xenobot的？

任何人只要有一只稳定的手，就可以按照我们在发表的研究报告中详细说明的步骤来制造xenobot。你真正需要的只有显微镜、尖头钳子、青蛙卵、盐水和一个培养皿。首先，我们从一天大的青蛙卵中获取特定细胞。如果我们让足够多的细胞彼此接触，它们就会粘在一起，紧缩成一个球体。

然后，我们可以用减法来雕刻出计算机设计的身体形状。具体方法是，用尖头钳子和微刻蚀仪轻微烧灼组织，使其保持理想的形状。由此产生的xenobot直径不到1毫米，比一粒沙还小，但作为一颗微粒是肉眼可见的。

每个孩子都梦想着用乐高积木做出某个东西，它可以神奇地变成一个会走路、会说话的生物。因此很多书籍和电影都探讨了这种想法。比如电影《冰雪奇缘》中的雪宝、《姜饼人》《木偶奇遇记》等。我们的这种迷恋可以追溯到有关给无生命的物体赋予生命的古代文学。每个xenobot一开始都相当于数字计算机比特——电子游戏中的一个虚拟生物。如果它在电子游戏中表现出有趣的行为，我们真的会赋予这些计算机比特生命。是不是很酷？

所以你发现这些xenobot可以制造一代接一代的复制品？

我认为这恰当地描述了正在发生的情况。我们或许会说它们在繁殖，但自然界的繁殖意味着从一颗种子、一枚卵子或母体的一个碎片开始生长。我们发现，如果我们把离散的干细胞撒进xenobot的培养皿，xenobot就会把这些干细胞堆叠成一个个细胞团。包含至少50个细胞的细胞团会发育成xenobot的孩子。

当我们把xenobot的孩子放进新的培养皿时，它们的行为就像它们的母体一样——四处游动，把离散的干细胞堆叠成一个个细胞团，细胞团再发育成xenobot的孙辈。xenobot的孙辈再制造出xenobot的重孙辈，如此循环往复，生生不息。我知道，这个过程可能听起来像是派对上的把戏，但我认为这是一项重要的科学发现——这是生物学中一种过去不为人知的自我复制形式，它提出了各种新问题。

你是如何让它们以这种方式复制的？

你还不能把USB线插进xenobot。但我们可以通过设计它们的母体的形状，在某种程度上对它们进行编程。正如你可能预料的那样，有些体型比别的体型更适合堆叠。由于xenobot的复制能力与它们将细胞堆叠成较大细胞团的能力相关，所以可以更好地堆叠细胞的xenobot，就能成为较好的复制者。我们所知道的最佳复制者非常简单——它看起来就像上世纪80年代电子游戏中的“吃豆人”——圆圆的造型，侧面缺的一角是它的嘴巴。

你是否在考虑未来的应用？

鉴于我们对xenobot的了解——它们自带能量、可生物降解、体型很小、可以在水中生活，我们可以想象，未来xenobot可能投入水下应用，也许可以用于清除湖泊中的微塑料或其他粒子。它们还可能应用于医学方面。你现在绝对不想在体内注入青蛙细胞。但原则上，我们可以用人类细胞而不是青蛙细胞来制造xenobot。

如果我们这样做，那么也许未来某一天，我们也可以吞下xenobot，把它当作智能送药工具。当然，制造有用的微型机器人医疗装置并非易事。如果这种机器人看起来像是外来入侵者，那么它们将引发人体试图消灭它们的免疫反应。器官移植可以挽救患者生命，但患者的身体可能发生排异反应——这是医学上的一个大问题。我们可以设想一种解决方案，那就是用人类患者自身细胞创造出定制机器人。（编译/马丹）

标签： xenobot 细胞 机器人 青蛙 计算机 患者 干细胞 心脏 母体 模型

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