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哈佛科学家成功3D打印“生物机器人”

本文摘要:在当前的3D打印机领域,3D生物打印机器官可以被称作圣杯之一,世界各地的众多研究团队都正在努力实现3D打印机可植入的的组织。日前,哈佛大学的研究人员朝着这个方向已完成了最重要的一步。在一次探寻心脏的组织工程的尝试中,由该校教授KitKevinParker率领的一个团队打造出了一条活的微型魔鬼鱼(又称黄貂鱼、螫鳐)。 据报这个神秘的生物机器人是用大鼠心脏肌肉组织和3D打印机的黄建软骨构成的,它需要对光的脉动产生反应。

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在当前的3D打印机领域,3D生物打印机器官可以被称作圣杯之一,世界各地的众多研究团队都正在努力实现3D打印机可植入的的组织。日前,哈佛大学的研究人员朝着这个方向已完成了最重要的一步。在一次探寻心脏的组织工程的尝试中,由该校教授KitKevinParker率领的一个团队打造出了一条活的微型魔鬼鱼(又称黄貂鱼、螫鳐)。

据报这个神秘的生物机器人是用大鼠心脏肌肉组织和3D打印机的黄建软骨构成的,它需要对光的脉动产生反应。  当然,在这里活一定是打引号的,因为这条硬币大小的魔鬼鱼并不是确实活的。尽管这些组织细胞是活的,而且它们也需要对光线产生反应,以便利移动,但该生物实质上并无法展开自律决策、交配等。尽管如此,这也可以算是是颠覆性的突破,并不足以推展机器人、人工智能、生物工程和3D生物打印机领域更好的创意。

  对大多数颠覆性突破一样,它也开始于一个非常简单的点子。两年前,Parker教授带着年长的女儿去波士顿的新英格兰水族馆,在那里他看见自己的女儿几乎沉迷于魔鬼鱼。教授看著展出,开始思维如何研发需要以类似于蜿蜒模式移动的肌肉。忽然就像一道雷电打中了我,它看上去很像心脏的肌肉层,这使我寻找了用肌肉组织打造出该系统的方法。

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他回想道。  左侧是人造的魔鬼鱼,右侧是确实的魔鬼鱼  这个不奇怪的概念被Wyss研究员Sung-JinPark拒绝接受,并很快沦为哈佛大学应用科学与工程学院疾病生物物理学组研究人员的一个新的研究项目,涉及其中的还有来自伊利诺伊大学、密歇根大学和斯坦福大学医学中心的研究人员。  它是如何工作的?非常简单地说道,这条小小的魔鬼鱼融合工程、细胞培养、遗传学和生物力学等领域的近期科技进展于一体,其重量只有10克,其骨架是用十分厚的黄金3D打印机而出的,上面还砖了两层薄薄的弹性聚合物。该聚合物上面覆盖面积了约20万个活的心肌细胞,这些细胞来源于大鼠的心肌。

  为了掌控细胞,团队用于了光遗传学技术,这是一种神经科学研究的常用方法,即用光来关上和重开神经。神经元或心脏肌肉并会自动对光产生反应,但通过光遗传学,可以通过一段DNA对细胞展开升级。

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这段类似的DNA编码代表了一种可以对光产生反应的蛋白,从而使细胞呈现出光敏感性。  如今,当光线愈演愈烈时,经过基因改动的细胞膨胀,然后推展鳍向上滑动,当细胞放开时,该人造魔鬼鱼的骨架不会将鳍交还来。结果就是这样一个根据光线波动来游泳的魔鬼鱼机器人。  Parker教授认为,在这个设计中,细胞起着了传感器和致动器的起到,这既有益处也有缺点:虽然活的肌肉细胞比制备的致动器更加节约能源,但它们也很更容易受伤害。

为了维持其活力,它们必须洗净在带糖和盐的寒冷溶液里。  在每个鳍上再加一个光源,使研究人员需要分别性刺激右侧或左侧的鳍,并操控这个生物机器人向给定方向移动。有所不同频率的光可以掌控鳍的速度,进而转变魔鬼鱼的速度。  在这个研究中,Park将其对于水生生物的兴趣与他想理解心脏及其解剖学结构的各个方面是如何协助血液在体内移动的必须融合了一起。

泵送和液体运动是海洋里的生命形式都十分擅长于的东西,他说道。  尽管有可能还要好几年Parker才需要打造出确实的人造心脏,不过这条完全活生生的3D打印机鳐鱼认同是其朝着正确方向迈进的十分最重要一步。目前这项研究被公开发表在了近期一期的《Science》杂志上,论文题目是《心脏制造者的下一步:一只混合生物鳐(Heartmaker'snextstep:araybiohybrid)》。


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