【導(dǎo)語(yǔ)】在(zài)當(dāng)代(dài)生(shēng)物(wù)科(kē)技(jì)的(de)前(qián)沿(yán)探(tàn)索(suǒ)中(zhōng)，美(měi)國(guó)塔(tǎ)夫(fu)茨(cí)大(dà)學(xué)的(de)研(yán)究(jiū)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造(zào)了(le)一(yī)項(xiàng)突(tū)破(pò)性(xìng)創(chuàng)新(xīn)——毫(háo)米(mǐ)級(jí)活(huó)體機器人“爪蟾機器人”（Xenobot）。這些微小卻功能強大的生物機(jī)器(qì)人(rén)由(yóu)非(fēi)洲(zhōu)爪(zhǎo)蟾(chán)胚(pēi)胎(tāi)細(xì)胞(bāo)構(gòu)建(jiàn)，其(qí)獨(dú)特(tè)的(de)生(shēng)物(wù)電(diàn)信(xìn)號(hào)傳(chuán)導(dǎo)係(xì)統(tǒng)打(dǎ)破(pò)了(le)生(shēng)命(mìng)體(tǐ)與(yǔ)機(jī)械(xiè)的(de)傳(chuán)統(tǒng)界(jiè)限(xiàn)。通(tōng)過(guò)超級計算機精確指導和(hé)模(mó)擬(nǐ)，爪(zhǎo)蟾(chán)機(jī)器(qì)人(rén)展(zhǎn)現(xiàn)出(chū)自(zì)主運(yùn)動(dòng)和(hé)微(wēi)物(wù)體(tǐ)運(yùn)輸(shū)等(děng)能(néng)力(lì)，為(wèi)再(zài)生(shēng)醫(yī)學(xué)和(hé)微(wēi)創(chuàng)醫(yī)療(liáo)開(kāi)辟(pì)了(le)全新(xīn)路徑。未(wèi)來(lái)，這(zhè)項(xiàng)技(jì)術(shù)有(yǒu)望(wàng)為(wèi)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶(dài)來(lái)革(gé)命(mìng)性(xìng)突(tū)破，培育出具有特定功能的器官和組織。

在當代生物科技的前沿領域，美國塔夫茨大學（位於馬薩諸塞州）研究團隊開發的毫米級活體機器人“爪蟾機器人”（Xenobot）堪稱突破性創新。這些直徑僅0.5～1毫米的微型生物機器人由非洲爪蟾（Xenopus laevis）胚胎表皮細胞和心肌細胞重組構建，其獨特的生物電信號傳導係統（傳導速度0.1米/秒）模糊了生命體與機械的傳統界限，為再生醫學和微創醫療開辟了新途徑。

這些外觀呈雲絮狀的活體機器人並非簡單拚裝，而是通過計算機算法（分辨率達10微米）精確指導500～1000個胚胎幹細胞自組織形成的功能性結構。在特定培養條件下（溫度28℃、pH7.4），它們能自主運動（速度0.1毫米/秒）並完成微物體運輸等基礎任務，持續存活時間可達10天。

爪蟾機器人直徑為650至750微米，以蛙類胚胎為原料製成。

這些微小卻神奇的爪蟾機器人，直徑僅相當於一根頭發絲的寬度（650-750微米），是從青蛙胚胎中精心培育而來。科學家們像指揮交響樂一樣，精確引導胚胎幹細胞分化成不同細胞——堅韌的皮膚細胞構成骨架，而能自主跳動的心肌細胞則成為動力(lì)源(yuán)。借(jiè)助(zhù)超(chāo)級(jí)計(jì)算(suàn)機(jī)的(de)強(qiáng)大(dà)算(suàn)力(lì)，研(yán)究(jiū)人(rén)員(yuán)模(mó)擬(nǐ)了(le)上百萬種細胞排列組合，最終找到了最優設計方案，就像用細胞拚出了一幅會動的生物拚圖。

這些痕跡是一群爪蟾機器人爬行並移動微粒的軌跡

這些活體小機器能在培養液中存活長達10天，並以不同的優雅姿態遊動： 有的像尺蠖一樣直線前進，有的則跳著優美的圓舞曲。最有趣的是，模仿自然界“兩頭兩尾”設計的版本，運動效率最高，就像一條微型毛毛蟲在水裏快樂地爬行。

依據設計的不同，爪蟾機器人的移動方向也不一樣：例如，在這個超級電腦程序中，可以模擬出直線或橢圓形軌道。打造(zào)活(huó)體(tǐ)機(jī)器(qì)人(rén)的一大挑戰在於弄清楚各細胞該如何配置。為了應對這一挑戰，研究員與佛蒙特大學展開了合作，他們利用超級電腦運行了演化算法。這一算法能夠模擬出細胞的不同配置，從而幫助研究員理解和預測不同配置對活體機器人性能的影響。

在研究過程中，研究員根據想要的特性，如耐用性和移動性等，對模擬結果進行了分析和優化。他們發現，一種最耐用的形態是模仿大自然中常見的結構，即前後各一條腿，中間以心肌細胞連結。這種配置的爪蟾機器人活動方式就像毛蟲或蠕蟲爬行，能夠在水溶液中有效地移動。通過這種方式，研究員成功地打造出了具有特定功能和特性的爪蟾機器人。這一成果不僅展示了活體機器人製造的潛力，也為未來的研究和應用提供了重要的參考和啟(qǐ)示(shì)。

從(cóng)蛙(wā)類細胞到具備運作能力的機器人，爪蟾機器人的製作過程極為精細，主要包含以下關鍵步驟：首先，繪製生物藍圖。借助超級電腦，將不同功能的細胞類比為彩色積木，模擬推算出細胞排列與配置方案，為打造具備特定功能的爪蟾機器人奠定基礎。接著進行幹細胞采集。使用一條寬約13微米的微型電燒線，精準刮擦發育中胚胎的最上層，獲取所需的幹細胞。

采集完成後，將幹細胞置於低鈣鎂培養基中。在後續塑形階段，鈣鎂離子將發揮關鍵作用，促使細胞凝結成塊。之後對溶液進行攪拌，使采集到的細胞彼此分離。再對分離出的單個幹細胞施以化學或基因處理手段，引導其分化成不同細胞類型。分化後的細胞被置於裝有水的培養盤中保存，以備後續構建機器人之用。

進入建造環節，依據超級電腦模擬出的模型，利用微量滴管，人工將這些細胞逐一夾取，並分層排列。為使細胞緊密黏合，將培養環境中的水替換為維持溶液，讓所有細胞凝聚成一個整體。

幹細胞必須成為合適的組成單位

最後是“畫龍點睛”之筆，運用另一條微型電燒線和手術鉗，對細胞組合體進行精細雕琢，確保所有細胞精準就位，最終打造出爪蟾機器人。

這一過程不僅要求研究人員對細胞分化、組織形成以及生物體功能有深入的理解，還要求他們(men)能(néng)夠(gòu)將(jiāng)這(zhè)些(xiē)知識轉化為可被超級電腦理解和模擬的數學模型。這項科技不僅展示了細胞的可塑性，也為糖心免费视频提供了一種全新的思路和方法來研究和應用細胞。未來，其他科學家可能會借鑒這種方法，嚐試打造出不同形狀和功能的活體機器人。如果這項技術能夠進一步成熟和完善，糖心免费视频或許能夠利用它來培育出具有特定功能的器官和組織，為醫學領域帶來革命性的突破。

文中圖片均來源於《How it works》雜誌

作者：《how it works》科普團隊

審核：黃乘明 中國科學院動物研究所研究員，海南大學特聘教授，中國動物學會監事，中國野生動物保護協會理事