實驗裝置特寫
雖然人類在培養人體細胞方面取得了一定成果，但是仍然面臨著諸多挑戰。例如：目前人類對人體細胞的培養都是在細胞培養皿中進行，是一種典型的靜態培養，這種培養人體細胞的方式存在很大的局限性，像人體肌腱細胞這類的需要彎曲和伸展的「柔性組織」則無法在細胞培養皿中正常培養。
針對靜態環境下培養人體細胞的缺陷，由牛津大學和機器人公司Devanthro組成的研究團隊聯合開展了一項最新的研究：在機器人骨骼中培養人體肌腱細胞，並且培養成功的人體肌腱細胞可以被拉伸、按壓和扭曲。相關研究的詳細內容已於2022年5月26日發表在了Nature上，今天小編就來跟大家科普一些這方面的知識吧！
先來了解一下什麼是人體的肌腱
肌腱是連接人體肌肉和骨骼的結締組織，具有向各個方向伸展和彎曲的能力。
為什麼培養人造肌腱細胞如此困難？
容納細胞材料構造的柔軟透明裝置
在過去幾十年間，人們已經將人工培育的皮膚細胞、軟骨組織等成功植入到了人體中，但是研究人員一直沒有能攻克人造肌腱細胞培育的技術難題。這是因為在傳統靜態環境中培養的肌腱細胞不具備人體組織的靈活性，即使研究人員使用目前最先進的生物反應器，培養出來的人工肌腱細胞也無法模擬人體肌腱細胞的運動幅度和狀態。
如何培育達到符合人體運動範圍和幅度的肌腱細胞？
英國牛津大學的研究團隊設想使用外部刺激來培育肌腱細胞，因為根據先前的研究，對細胞進行不同程度的機械刺激可以促進細胞的生長，於是牛津大學的研究團隊聯合機器人公司Devanthro製造了一個模仿人類肩膀及其動作的機器人骨架，並將人體細胞注入到基於機器人設計的一個全新的生物反應器中進行培養，同時將這個生物反應器連接到了機器人骨架上，並且這個機器人骨架可以模擬人體肩關節的運動（當人類肌腱細胞自然生長時，會發生如拉伸、壓縮和扭轉的機械應力），因此類似的模擬運動有助於人工肌腱細胞的生長。
人形手臂 ( Devanthro ) 的原始設計圖
在經過兩周左右的培養後，研究人員發現，新生物反應器中細胞的生長狀況與傳統的靜態培養的細胞的生長狀況相比呈現出了明顯的差異和變化，在機器人骨架中培養的肌腱細胞的增殖速度比在靜態環境中培養的肌腱細胞的增殖速度快，並且表現出不同的基因表達。
顯微鏡下的人工培育的肌腱細胞
最後總結：
這項研究證明在機器人骨架上培養人類細胞是可行的。但是就目前的這個試驗來說，研究人員還不能完全確定新培養的細胞是否達到了人體正常肌腱細胞的功能。接下來還有很多測試需要做，比如研究人員要研究哪些生物反應器材料最適合使用，哪些細胞類型對機械應力的適應最好，以及哪些機器人的運動方式對生長人體組織最有用等。
完整的實驗裝置圖
小編認為未來基於人形生物反應器的研究將是未來人工培育細胞的重要形式，期待未來這項研究能給人類帶來更多的驚喜！
作者｜康紅
來源｜鄭州市第二屆科普徵文大賽投稿入選作品
聲明｜觀點僅代表作者本人，不代表本號立場
