科学家利用人类肺细胞造出具有可定制运动的活体机器人

研究人员采用模块化组装策略，首次能通过精确控制纤毛推进器的位置来指导生物机器人行为。

卡内基梅隆大学的研究人员开发出一种全新工程方法，利用人类肺细胞创建“设计式”生物机器人。

这些被称为AggreBots的微型活体机器，一旦其运动模式得到完全控制，未来或能在人体内穿行，提供治疗或机械干预。

生物机器人是微观的人造生物机器，能够自主运动并被编程执行特定行为。此前，实现生物机器人运动主要围绕使用肌纤维，使其能像真实肌肉一样收缩和放松。

一个新颖的替代方案是利用纤毛 —— 纳米级的毛发状有机推进器，它在体内持续移动流体（如在肺部），并帮助一些水生生物（如草履虫或栉水母）游动。然而，可靠控制纤毛驱动生物机器人（简称CiliaBots）的确切形状和结构，从而控制其运动结果，一直是个难题。

模块化组装与精密控制

卡内基梅隆大学Ren实验室首创了一种CiliaBots的模块化组装策略。该策略利用空间可控的组织球体聚集，这些球体由肺干细胞工程化培养而成。

通过这种方法，这些聚合的CiliaBots（AggreBots）可以融入带有遗传突变的干细胞球体，这些突变使特定区域的纤毛失去功能且无法运动。

该论文的第一作者、生物医学工程博士生Dhruv Bhattaram将这个过程比喻为在划船时选择性地拿走特定位置的船桨。

“我们正在利用AggreBots推进一步驱动生物机器人组织的替代方法，”Bhattaram解释道，“通过将不同球体融合成不同形状，并结合无功能球体，我们首次能够精确控制组织表面纤毛推进器的位置和数量，以指导CiliaBot的行为。这是一个开创性的步骤，我们和其他人可以投入时间以取得丰硕成果。

生物相容性与设计灵活性

机械工程副教授Victoria Webster-Wood认为：“AggreBots的方法为这类生物机器人和生物混合机器人增加了新的设计维度。”

她指出，能够模块化地结合不同的有纤毛和无纤毛元素，将让未来的研究人员创造出具有特定工程化运动模式的生物机器人。

由于AggreBots完全由生物材料制成，它们天然具有生物可降解性和生物相容性，这可能使其未来能够直接应用于医疗环境。

未来应用与个性化医疗

这一技术平台有望惠及广泛群体，包括生物机器人学界、临床医生以及研究纤毛相关疾病（如原发性纤毛运动障碍或囊性纤维化中的粘稠黏液）的医学研究人员。

值得注意的是，CiliaBots可以由患者自身的细胞制成，这为创建个性化治疗输送载体提供了可能，且避免了免疫排斥风险。

生物医学工程副教授Xi (Charlie) Ren强调：“运动能力至关重要，因为身体是一个复杂的环境。细胞输送疗法具有巨大潜力，但没有适当的推进机制，细胞很容易被卡住。”

“我们开辟了一条路径，人们可以用来控制CiliaBot的运动能力。从帮助我们理解环境危害对健康的影响，到促进体内治疗输送，CiliaBots拥有大量潜在用途，能参与其进化过程令人兴奋。”

AggreBots代表了生物混合机器人领域的一次重大进展，它结合了模块化设计、可生物降解材料和对运动能力的精确控制，为研究、个性化医疗和未来的治疗应用开辟了新的可能性。

这项研究已发表在《科学进展》期刊上。

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