活體機器人再進化 5分鐘讓「致命傷」復元

美國科學家創造出史上首見的「活體機器人」,它具有不同的型態,還能進行自我修復。圖為後肢比前肢大的活體機器人,中間則是紅色的心肌層。(圖擷自《美國國家科學院院刊》網站)

2020年1月13日,美國佛蒙特大學與塔夫茨大學的研究人員提取非洲爪蟾(Xenopus laevis)的幹細胞,共同製造出史上首見的「活體機器人」,並命名為「Xenobots」,震撼全球。過去1年裡,科學家對這款全球首個活體機器人進行了升級。與第一代相比,第二代「Xenobots」不僅能實現單細胞的自主組合,移速還更快,訊息讀寫功能和自癒能力也大大增強,5分鐘就能從「致命傷」復元,而且壽命從數週增加到數個月。

活體機器人既非傳統意義上的機器人,也不是某個已知的動物品種,科學家們對它下的定義是「可編程生物體」。研究人員從青蛙胚胎中刮取了活的幹細胞後,重塑成超級電腦所設計出的特定形態,而這些形態從未在自然界出現過。「活體機器人」的寬度不到1毫米,可在人體內部以「走路」、「游泳」的方式移動,還能夠一起合作完成任務。

從細胞構建上看,第一代Xenobots採用了「自上而下」的構造方式,透過手工重組青蛙皮膚和心臟細胞,使心臟細胞在底層收縮來實現機器人的移動。

相比之下,第二代Xenobots則採用「自下而上」的方法進行構造,由單個的細胞自主形成生物體。塔夫茨大學生物學家用非洲爪蟾的胚胎幹細胞進行生長和增殖,幾天後一些幹細胞就分化形成了纖毛。這些能移動、旋轉的纖毛充當了第二代Xenobots的「腿」,使它無需肌肉細胞就能快速移動。

由於構造升級,第二代Xenobots的移速更快,壽命更長,也能更好地適應各種環境。

這一最新研究成果已於美國時間3月31日發表在《科學·機器人學(Science Robotics)》期刊上。

研究顯示,Xenobot可用於清理放射性廢料、在海洋中收集塑膠微粒、攜帶藥物後進入人體投藥、進入動脈清除斑塊。除此之外,Xenobot還可以幫助科學家更進一步了解細胞生物學,從而為人類的健康和長壽做出貢獻。

例如,未來也許可以按照需求製作出3D生物形式,修復人類的先天缺陷,或將腫瘤重新編程為正常組織,甚至是在外傷或退化部位誘導組織再生,這些將對再生醫學產生巨大影響。自由時報0404

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