实验装置特写

虽然人类在培养人体细胞方面取得了一定成果，但是仍然面临着诸多挑战。例如：目前人类对人体细胞的培养都是在细胞培养皿中进行，是一种典型的静态培养，这种培养人体细胞的方式存在很大的局限性，像人体肌腱细胞这类的需要弯曲和伸展的“柔性组织”则无法在细胞培养皿中正常培养。



针对静态环境下培养人体细胞的缺陷，由牛津大学和机器人公司Devanthro组成的研究团队联合开展了一项最新的研究：在机器人骨骼中培养人体肌腱细胞，并且培养成功的人体肌腱细胞可以被拉伸、按压和扭曲。相关研究的详细内容已于2022年5月26日发表在了Nature上，今天小编就来跟大家科普一些这方面的知识吧！

先来了解一下什么是人体的肌腱



肌腱是连接人体肌肉和骨骼的结缔组织，具有向各个方向伸展和弯曲的能力。

为什么培养人造肌腱细胞如此困难？



容纳细胞材料构造的柔软透明装置

在过去几十年间，人们已经将人工培育的皮肤细胞、软骨组织等成功植入到了人体中，但是研究人员一直没有能攻克人造肌腱细胞培育的技术难题。这是因为在传统静态环境中培养的肌腱细胞不具备人体组织的灵活性，即使研究人员使用目前最先进的生物反应器，培养出来的人工肌腱细胞也无法模拟人体肌腱细胞的运动幅度和状态。

如何培育达到符合人体运动范围和幅度的肌腱细胞？



英国牛津大学的研究团队设想使用外部刺激来培育肌腱细胞，因为根据先前的研究，对细胞进行不同程度的机械刺激可以促进细胞的生长，于是牛津大学的研究团队联合机器人公司Devanthro制造了一个模仿人类肩膀及其动作的机器人骨架，并将人体细胞注入到基于机器人设计的一个全新的生物反应器中进行培养，同时将这个生物反应器连接到了机器人骨架上，并且这个机器人骨架可以模拟人体肩关节的运动（当人类肌腱细胞自然生长时，会发生如拉伸、压缩和扭转的机械应力），因此类似的模拟运动有助于人工肌腱细胞的生长。



人形手臂 ( Devanthro ) 的原始设计图

在经过两周左右的培养后，研究人员发现，新生物反应器中细胞的生长状况与传统的静态培养的细胞的生长状况相比呈现出了明显的差异和变化，在机器人骨架中培养的肌腱细胞的增殖速度比在静态环境中培养的肌腱细胞的增殖速度快，并且表现出不同的基因表达。



显微镜下的人工培育的肌腱细胞

最后总结：

这项研究证明在机器人骨架上培养人类细胞是可行的。但是就目前的这个试验来说，研究人员还不能完全确定新培养的细胞是否达到了人体正常肌腱细胞的功能。接下来还有很多测试需要做，比如研究人员要研究哪些生物反应器材料最适合使用，哪些细胞类型对机械应力的适应最好，以及哪些机器人的运动方式对生长人体组织最有用等。



完整的实验装置图

小编认为未来基于人形生物反应器的研究将是未来人工培育细胞的重要形式，期待未来这项研究能给人类带来更多的惊喜！