编者按：本文来自微信公众号 红杉汇（ID：Sequoiacap），创业邦经授权转载。
提到机器人，你可能会想到金属和计算机。但其实，并非所有的机器人都是由这些“冷冰冰”的元件组成——最近，在一项新发表于《高级科学》的研究中，国外一研究团队利用人体的气管细胞，制造出了被他们称为Anthrobot（人体机器人）的微型生物机器人。
生物机器人（biobot）是由功能性生物组装而成的可移动合成结构。早期，生物机器人是由生物细胞和支撑着它们的惰性化学物质的混合体；2021年，生物学家通过模塑青蛙胚胎细胞，制造出了多细胞生物机器人——这是第一个完全生物性的生物机器人，可以在没有外部起搏器的情况下自发移动；而如今的Anthrobot，则是利用人类气管细胞创造，它们可以在实验室培养皿表面移动，能够自我组装，并对其他细胞（例如受损的神经元）产生显著的愈合效果。这一发现是研究人员将患者来源的生物机器人作为再生、愈合和治疗疾病的新工具的起点。
长期以来，研究人员都在尝试研发生物机器人以诊治疾病，但是首先局限在采用哪种生物来研发机器人。
2021年生物学家Michael Levin的研究团队利用青蛙胚胎细胞创造了一个被命名为异种机器人（Xenobot）的多细胞生物机器人，它是一种活的、可编程的有机体，大小不到1毫米，具有多种生命特质，可以在水性介质中移动、具有自我修复能力、可自行生物降解。最厉害的是，即便把生物机器人切成两半，它不仅能把自己缝合起来，还能继续活动。而且，它们不只是能直线行进，也能转圈。
但是，Xenobot的医疗应用是有限的，因为它们不是来自人类细胞，而且它们必须经过人工模塑将其改变成所需的形状。而且，科学家不知道Xenobot的这些能力是否依赖于它们来自两栖动物的胚胎，他们想要知道从哺乳动物的细胞中是否也可以构建生物机器人。
为了解答这个问题，Michael Levin团队与其他研究团队合作，进行了进一步的深入研究，创造了Anthrobot——该微型机器人是由人类气管细胞创造的新型、多细胞、完全生物、自我构建、可移动的生命结构。
Anthrobot的制造
在人类气管表面，上面覆盖着一层被称为“纤毛”的毛发状的突起，它们来回摆动，帮助气管细胞排出微小的颗粒，进入肺部的空气通道。过去的一些研究表明，当细胞在实验室中生长时，它们会自发形成微小的多细胞球体。而每个Anthrobot都是从一个成年捐献者身上获得的气管单细胞开始的。
在研究的过程中，研究人员在凝胶中对人类气管皮肤细胞的球状体进行了为期两周的培育。然后将这些多细胞球体簇转移到粘性更低的溶液中培养一周，这一操作可以确保细胞上的纤毛移动到球体的外部而不是内部。如此一来，这些纤毛就可以像桨一样，驱动着细胞移动。
在这个过程里所产生的Anthrobot的大小从30微米到500微米不等（类似人类头发到削尖的铅笔尖端的厚度），填补了纳米技术和大型工程设备之间的一个重要空白。他们还注意到，这些每个都含有几百个细胞的Anthrobot在形状和运动上可分为几个独立的类别：
▲从形状的角度，有的Anthrobot呈球形，完全被纤毛覆盖；有的呈不规则或橄榄球状，被纤毛不均匀覆盖；还有的只在一侧被纤毛覆盖。
▲ 从运动的角度，它们有的沿着直线行进，有的绕着小圆圈移动，有的是这些运动的结合，还有的只是“呆坐”着摇摆。其中，被纤毛完全覆盖的球形机器人倾向于摆动；被纤毛不均匀覆盖的Anthrobot倾向于在直线或弯曲的路径上向前移动更长的距离。它们通常能在实验室条件下存活45-60天，然后自然地降解。
最重要的是，这些Anthrobot具有治疗功能。研究人员让其修复用金属棒刮擦过的一块受伤的神经组织，并且获得了可喜的结果——把Anthrobot放置于一个狭小的空间内，它们会自然形成一个集群，形成了一个Superbot（超级机器人），然后把它们放在距离受损神经组织不远的地方，随后，Superbot移动到受损的神经组织之处，引发大量的组织再生，修复了受损的神经元。与之对照的是，在没有人类机器人的受伤神经组织中，神经元不会生长。这表明，至少在实验室培养皿的二维世界中，Anthrobot促进了活体神经组织的有效愈合。不过，研究人员目前尚无法解释为何人类机器人能修复受损的神经组织。一个可能的推测是，人类机器人是由支气管干细胞培养的，因而有一定的修复组织的能力。
图注：每个Anthrobot都是由数百个细胞组成的。图源：Gizem Gumuskaya, Tufts University
Anthrobot的优势
现在看来，Anthrobot具有几方面的优势：
▲首先，培养Anthrobot这种微型机器人几乎没有什么伦理限制。因为不损害DNA和基因，而且没有像胚胎干细胞那样的限制，可以直接从成人的气管和支气管提取进行培养。
▲其次，Anthrobot易于培养。它不需要研究人员特意去塑造形状，只要在器皿中就可以培养。培养形成的Anthrobot能运动，运动的动力来自自身的纤毛的推进，因此可以做定向运动，向靶目标靠近。更重要的是，由于人类机器人有修复功能，在靠近靶目标，如受损的器官后，可对其精准修复。
▲此外，Anthrobot的安全性较高。它只能在非常特定的实验室条件下生存，不会在实验室外暴露或意外传播，它们也不会繁殖，更不会对人的基因进行编辑、添加或删除而造成意外伤害，不像基因剪刀CRISPR/Cas9那样有脱靶的危险。而且，它们是使用人体细胞构建而成的，这使得当将Anthrobot用于治疗工作时，不会引发免疫反应或需要免疫抑制剂；而且它们只能持续几周就会分解，所以它们在行使完功能之后就很容易被人体重新吸收。
研究人员表示，这一研究结果是将取自于患者的生物机器人作为再生、愈合和治疗疾病的新治疗工具的一个起点。他们认为，更进一步的研究或许将带来更多其他的应用，包括清除动脉粥样硬化患者动脉中的斑块积聚，修复脊髓或视网膜的神经损伤，识别细菌或癌细胞，或将药物输送到目标组织。
而Superbot能够修复人体组织的能力也证明了，与无生命的砖块相比，Anthrobot可以相互交流并动态地创建这些结构，并且在这些结构中，每个Anthrobot都被编程，具有许多不同功能（例如运动、分子分泌、信号检测等）。下一步，团队正在研究如何结合这些特点来创建全新的生物体计划和功能。
参考来源：
https://now.tufts.edu/2023/11/30/scientists-build-tiny-biological-robots-human-cells
https://www.nature.com/articles/d41586-023-03777-x
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202303575
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