上海羊羽卓进出口贸易有限公司
人工智能帮细胞进行自我组装，制作微型器官
它可能标志着在实验室里制作微型心脏、肾脏和大脑的技术转变。
左边模拟了不同干细胞群之间的相互作用，右图则是干细胞在机器学习程序所规定的条件下生长，形成一个预期中的菌落。（点击图片可查看动图）
图：ASHLEY LIBBY, DAVID JOY AND IMAN HAGHIGHI, GLADSTONE INSTITUTES
科学家克服了制造微型器官的一个主要障碍，现在可以利用编程，使细胞呈现出我们所需的形状，而不再是依靠3D打印或外部框架。
该研究已发表于《细胞系统》杂志，它可能标志着在实验室里制作微型心脏、肾脏和大脑的技术转变。或许有一天还能应用于个性化的器官移植。
美国格莱斯顿研究所的生物工程师Todd McDevitt等人的初衷是研究目前制造微型器官的方法里所包含的一个老问题：细胞老是待不住，总乱跑。
科学家提取人的皮肤细胞，并用合适的药物将其组合起来，然后转化为诱导性多功能干细胞（iPSCs），就可以制造出一个微型器官或类器官。iPSCs就是生物学的一张空白支票，它几乎可以成为任何一种细胞类型。
比如说把它培育成一个迷你肾脏，那研究人员就可以坐在实验室里，在这个迷你肾脏上复现肾脏疾病、测试治疗方法。
肾脏模型的可信度取决于细胞的物理组织，因此，为了模拟真正的肾，经常需要用到3D打印。
但细胞就像叛逆的青少年，有自己的想法，常常会偏离研究人员印刷时设定的位置。
于是，McDevitt的团队控制两个基因，将它们组成操纵杆，用来指导细胞如何组织成形。
CDH1和ROCK1在细胞的最终构型移动中起着重要作用。它们会影响细胞间的粘性和排斥力，而这正是会影响到令细胞呈现球形的表面张力以及细胞的移动速度快慢的两个因素。
研究人员使用基因编辑工具，在细胞团进化的不同阶段敲除了CDH1和ROCK1，他们的目标是使其分化出牛眼一样的细胞，这是一种在人类发育过程中常见的形状，包括在早期胚胎的形成过程中。
为了监测该模式，他们设计了另一种方法：当CDH1和ROCK1被中和时，让细胞发出荧光。
但这有个问题。
考虑到所有基因可能被敲除的潜在时间点、被靶向的细胞比例以及很多其它的变量，研究人员计算出他们需要做将近9000个实验。
于是他们找了人工智能帮忙。他们训练了一个机器学习模型来计算出哪一种基因敲除的组合可以实现“牛眼化”。
研究人员之一、来自波士顿大学生物信息学项目的Demarcus Briers表示：“机器学习可以根据观看历史来预测你可能喜欢的电影，同时它也可以通过模仿生物系统来生成实验方案。”
“这个机器学习模型能帮助我们预测干细胞自我组织的方式，并在我们重现实验的过程中提供指导。”
“我们已经展示出了如何利用干细胞的内在能力进行组织，”McDevitt说道，“这是一种全新的方法，不像打印直接把细胞强制地塞到特定的框架结构中。”
于是，人们不再是只能做出特定的一种器官，应用的方向将更加广泛，甚至有可能改变生命的历程。
“我们正走向真正的多细胞组织工程，这是器官工程的先驱，”McDevitt说，“当我们能在实验室里制造出类人体器官时，就可以用它们来研究生物学和疾病了。否则，我们永远无法真正地复现人体可能的变化。”
用人体细胞，无须基因改造，竟能造出微型生物机器人？
文/李伟
最新的生物学研究表明，利用人体细胞，可以创造出微型生物机器人，且无须使用任何基因改造技术。对无数的患者来说，这意味着从他们自身衍生出的微型生物机器人，可以帮助他们愈合创伤、治疗疾病、恢复健康——这可以说是医疗工具研发史上一个崭新的起点。
有效促进活体神经组织愈合
美国塔夫茨大学和哈佛大学的研究人员，利用人类气管的细胞开发出一种微型生物机器人。这种细胞可以在神经元的表面移动，还能使实验室培养皿中的受损神经元恢复生长。由这种细胞生成的微型生物机器人，尺寸小到人类发丝的宽度，大到铅笔尖的宽度。它们可自行组合（也可称之为“生长”），并发挥对受损细胞的治疗作用。
实验中的每个微型生物机器人，都是从成年捐献者身上的细胞发展而成的。这些细胞来自气管表面，上面覆盖着一层被称为纤毛的毛发状突起，它们能来回摆动，帮助气管细胞清除微小的颗粒，不让这些颗粒进入肺部的空气通道。
有研究表明，当某些细胞在实验室中生长时，会自发生成微小的多细胞球体。在这项新的研究中，研究人员在凝胶中对人类气管细胞进行了为期两周的培育，然后将多细胞球体转移到黏性较小的溶液中培育一周。这一操作可以让细胞上的纤毛移动到球体的外部，而不是内部。如此一来，纤毛就可以像桨一样，驱动着细胞移动。
研究人员注意到，通过这一过程生成的微型生物机器人，直径从30微米到500微米不等，填补了纳米技术设备和工程设备之间的一段空白。
含有几百个细胞的微型生物机器人，在形状和运动上可以分为不同的类型。从形状角度分类，有的微型生物机器人呈圆球形，完全被纤毛覆盖；有的呈不规则的球形，如橄榄形，被纤毛不均匀覆盖；还有的只有一侧被纤毛覆盖。从运动角度分类，它们有的能沿着直线行进，有的能绕小圆圈移动，有的则将这些运动方式结合，还有的只是“呆坐”或摇摆。被纤毛完全覆盖的球形微型生物机器人倾向于摆动；被纤毛不均匀覆盖的微型生物机器人，倾向于在直线或弯曲的路径上向前移动。它们通常能在实验室条件下存活45—60天，然后自然降解。
研究人员表示，这些在实验室中构建的细胞，可以延伸出超越其在人体内的功能。在不修改DNA（脱氧核糖核酸）的情况下，病人的气管细胞可以自行移动，并促进受损区域的神经元生长。
这种情形令研究人员非常惊讶。人们通常认为，若要微型生物机器人促进神经元细胞的生长，就需要对细胞进行基因改造。而如今，未经改造的微型生物机器人引发了大量的细胞再生，在伤口处创造了一层与其他健康细胞一样的神经元细胞。在没有微型生物机器人发生作用的伤口上，则没有出现神经元生长。这说明，具有治疗作用的微型生物机器人，有效促进了活体神经组织的愈合。
为了测试微型生物机器人治疗创伤和疾病的潜力，研究人员把几个微型生物机器人放在一个小培养皿里。这些微型生物机器人融合在一起，形成了一个超级机器人。研究人员把它放在人类神经元组织层上，用一根细金属棒刮擦这层组织，制造出一个开放的伤口。在超级机器人的作用下，伤口在三天内就愈合了。
“智能细胞”与生俱来的能力
研究人员解释说，有些人体细胞具有与生俱来的能力，能以某些基本方式自行组合成更大、更有效的结构。这些细胞可形成片层、折叠状和球体，可以分离或融合在一起，甚至定向移动——它们可以被称为“智能细胞”。
“智能细胞”与一般的细胞有两个重要区别：一是可以相互“交流”，并动态地创建新结构；二是每个“智能细胞”都具有多项功能，例如运动、分泌分子、检测信号等等。
“智能细胞”并非一项“发明”，因为它们一直存在于人体内。而且，也不能说“发现”了“智能细胞”，人们只是弄清楚了如何利用它实现新的功能。
相比之下，生物机器人可以称之为一项发明。在过去的10年间，科学家对于生物结构的兴趣激增，生物机器人的概念就是在这一背景下问世的，它是由功能性生物组合而成的可移动结构。早期的生物机器人是细胞和支撑它们的惰性化学物质的混合体。
2021年，生物学家迈克尔·列文与其合作者，用一种新的方法通过模塑青蛙胚胎细胞，制造出了多细胞生物机器人——Xenobot（异种机器人）。这是第一种具有完全生物性的机器人，可以在没有外部起搏器的情况下自行移动。
异种机器人在医疗方面的应用比较有限，因为它不是人体细胞，而且必须经过人工模塑将其改变成所需的形状。那时科学家尚不清楚，异种机器人的能力是否依赖于它来自两栖动物的胚胎这一条件，也不知道利用哺乳动物的细胞是否也可以构建生物机器人。如今的最新研究成果回答了上述问题：利用人体细胞可以开发出微型生物机器人，而且它在人类医疗领域能够发挥巨大的作用。
不会引发免疫反应
研究人员认为，通过调整“智能细胞”之间的相互作用，可以创建新的多细胞结构，类似于石头和砖块可排列成不同的结构，如墙壁、拱门或柱子。“智能细胞”不仅能生成多细胞结构，而且能激发细胞生长，以填补因划伤而造成的间隙。
微型生物机器人的主要研究方向，是拓展其在人类医疗方面的应用，包括清除粥样硬化动脉中的斑块，修复脊髓或视网膜神经损伤，识别病菌及癌细胞，将药物输送到目标组织，等等。从理论上说，微型生物机器人不但可以帮助人体组织愈合，还能向受损的部位提供促进再生的药物。
与异种机器人相比，利用人体“智能细胞”开发出的微型生物机器人的优点非常明显：将这种微型生物机器人用于医疗，不会引发人体的免疫反应。而且它们几周后就会分解，所以在发挥功能之后可以很容易地被人体吸收。
在人体之外，微型生物机器人只能在特定的实验室条件下生存，因此没有暴露或意外传播到实验室外的风险。它们不会繁殖，也没有经历过基因编辑、添加或者删除，因此不会产生超越现有安全范围的风险。
相关问答
也比迄今为止设计出的任何 智能 电脑更精巧!” 细胞 作为基本...[最佳回答](1)原核细胞与真核细胞相比,原核细胞没有成形的细胞核,没有具膜细胞器,只有核糖体一种无膜细胞器,结构简单.(2)细胞膜主要由蛋白质与磷脂组成,磷脂...
也比迄今为止设计出的任何 智能 电脑更精巧!” 细胞 作为基本...[最佳回答](1)原核细胞与真核细胞相比,原核细胞没有成形的细胞核,没有具膜细胞器,只有核糖体一种无膜细胞器,结构简单.(2)细胞核是遗传物质贮存和复制的场所,...
大野木用自己的 细胞制造 了空，空真的会按照他的吩咐保护年轻一代吗?这个不知道了这个问题我觉得答案是肯定的,空这个任务虽然是大野木利用自己细胞制造的但他自己也有自己的精神意志。如果空追求的是让人造人去统治或者来控制人...
我们人类是在 制造 一个更大的 智能 机器吗?诚然,我们正在朝人工智能时代大踏步地前进,我们人类是在制造一个更大的智能机器,但是这个目标是为人类服务。人工智能是大趋势,很多产业已经开始使用人工智...
AI是怎么制成的?步骤1/15打开AI软件(此版本是CS6哦);步骤2/15点击菜单栏的“文件”——“打开”快捷键为CTRL+O;步骤3/15查看单个图标是否组成为一个编组(请最好用第一...
如果人类让智能机器人能自己 制造智能 机器人了，人类与机器人之间会不会爆发战争?应该不会爆发战争,智能机器会以软侵略的方式逐渐消灭人类,2034年真正意义上智能机器诞生,它不会立即通过网络发动核武器,而是服从并服务人类一段时间,将可重...
智能 生物酶HICIBI具体是什么?智能生物酶HICIBI符合国际CLRWHO标准通过HICIBI智能生物酶的介入,完成脂肪自体消化的过程。世界卫生组织WHO呼吁减少药物治疗,CLRWHO是利用非药物手段,通过H...
宇宙是一个 智能制造 系统吗?宇宙是个强大的智能系统,我们人类的认知范围有限,对于我们人类来说宇宙无穷无尽!宇宙就像一台电脑,有序不乱的控制着每一个星球,如果打破了这个平衡,我们...
搜狗输入法里的词库 细胞 是用来干什么的?细胞词库是搜狗首创的、开放共享、可在线升级的细分化词库功能。细胞词库包括但不限于专业词库,通过选取合适的细胞词库,搜狗拼音输入法可以覆盖几乎所有的中文...
cxc是什么?-其他理财知识问答-我爱卡[回答]cxc是通缩公链体系,也可以翻译为资本细胞裂变公链。只有保持实际需求增速始终大于恒定的发行速度,才能实现CXC生态和持币价值的不断增长。CXC公链为...
