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澳媒:生物(wu)机器人超越传统生死边界,细胞(bao),死亡,功能
参(can)考消息网(wang)10月9日报导 澳大利亚“对话”网(wang)站克日刊(kan)登题为(wei)《源自死亡生物(wu)体(ti)细胞(bao)的生物(wu)机器人突破生命、死亡和医学的边界》的文章,作(zuo)者为(wei)彼得·A·诺布尔 亚历克斯·波日特(te)科夫(fu),内容编译如下(xia):
正在(zai)传统观念中,生与死是对立的。但从死亡生物(wu)体(ti)细胞(bao)中产生的新的多(duo)细胞(bao)生命方式却带(dai)我们熟悉了一种超越传统生死边界的第三状态。
科学家通常(chang)认为(wei),死亡是全部生物(wu)体(ti)的运作(zuo)以(yi)弗成逆转的方式停止。但是,器官捐(juan)赠等做法凸显(xian)出,即(ji)使(shi)正在(zai)生物(wu)体(ti)死亡后,器官、构造和细胞(bao)也能继续发挥(hui)感化。这种规复力带(dai)来了一个问题:何种机制让某些(xie)细胞(bao)正在(zai)生物(wu)体(ti)死亡后仍能继续工作(zuo)?
我们是探究生物(wu)体(ti)死亡后其体(ti)内发生了什么的研讨职员。正在(zai)我们近来发表的综述文章中,我们描述了某些(xie)细胞(bao)正在(zai)得到养分(fen)、氧气、生物(wu)电或生化信(xin)号的情况下(xia),是如何正在(zai)生物(wu)体(ti)死亡后转酿成具有新功能的多(duo)细胞(bao)生物(wu)体(ti)的。
第三状态
第三状态对科学家通常(chang)理解的细胞(bao)行为(wei)构成挑衅。毛毛虫蜕酿成胡蝶(die)或蝌蚪酿成青蛙多(duo)是我们熟悉的发育上的转变,但生物(wu)体(ti)以(yi)非预定方式发生变化的情况却很少(shao)见。
肿瘤、类器官和能够正在(zai)培养皿中无限破裂的细胞(bao)系不属于第三状态,因为(wei)它们不会拥有新的功能。
但是,研讨职员发现,从已经死亡的青蛙胚胎中提(ti)取的皮肤细胞(bao)能够顺应实验室(shi)培养皿中的新环境(jing),自发重组为(wei)被称为(wei)异种机器人的多(duo)细胞(bao)生物(wu)体(ti)。这些(xie)生物(wu)体(ti)显(xian)示(shi)出的行为(wei)远远超越了它们原(yuan)本的生物(wu)学角色(se)。具体(ti)来讲,这些(xie)异种机器人使(shi)用它们的纤毛(细小(xiao)的毛发状结构)正在(zai)周围环境(jing)中导航和挪(nuo)动。而正在(zai)活体(ti)青蛙胚胎中,纤毛通常(chang)用于挪(nuo)动粘液。
异种机器人还(hai)能够进举措态自我复制。这意味着,它们能够正在(zai)不发展的情况下(xia)物(wu)理复制自身结构和功能。这与更常(chang)见的复制历程(cheng)(触及正在(zai)生物(wu)体(ti)内或生物(wu)体(ti)上发展)不同。
研讨职员还(hai)发现,单独的人类肺细胞(bao)能够自行组分(fen)解能够到处挪(nuo)动的微型多(duo)细胞(bao)生物(wu)体(ti)。这些(xie)微型生物(wu)机器人的行为(wei)和结构都是全新的。它们不但能够索求(qiu)周围环境(jing),还(hai)能修复自身和附近受损的神经元。
综上所述,这些(xie)发现证实白(bai)细胞(bao)零碎固有的可塑(su)性,并对细胞(bao)和生物(wu)体(ti)只能以(yi)预定方式退化的看法构成了挑衅。第三状态表明,生物(wu)体(ti)的死亡可能正在(zai)生命随时间转变的历程(cheng)中发挥(hui)紧张(zhang)感化。
影响要素
若干(gan)要素会影响生物(wu)体(ti)死亡后某些(xie)细胞(bao)和构造能否存活并发挥(hui)感化。这些(xie)要素包括环境(jing)前提(ti)、代谢活动和保存技能。
不同细胞(bao)范例的存活时间不同。例如,人类的白(bai)细胞(bao)正在(zai)机体(ti)死亡后60到86小(xiao)时才会死亡。小(xiao)鼠的骨骼肌细胞(bao)可正在(zai)机体(ti)死亡后存活14天,而绵(mian)羊和山羊的成纤维细胞(bao)正在(zai)机体(ti)死亡后约一个月还(hai)能够被培养。
代谢活动正在(zai)细胞(bao)能否继续存活和发挥(hui)感化方面(mian)起着紧张(zhang)感化。某些(xie)活性细胞(bao)必要连续、大量的能量供应来维持自身功能,它们比能量需求(qiu)较低的细胞(bao)更难培养。冷冻保存等技能能够让骨髓等构造样本发挥(hui)与来自活体(ti)捐(juan)献者的样本类似的功能。
固有的生计机制也起到关键感化。例如,研讨职员窥察到,生物(wu)体(ti)死亡后,其应激相关基因和免疫相关基因的活性显(xian)著增加(jia),这很多(duo)是为(wei)了补偿内稳(wen)态的损失。别的,创伤、感染和死亡时间等要素也会显(xian)著影响构造和细胞(bao)的存活本领(ling)。
年(nian)龄、健康状况、性别和物(wu)种等要素进一步决意了生物(wu)体(ti)死后的情况。培养和移植胰岛细胞(bao)就是一项挑衅。胰岛细胞(bao)会产生胰岛素,且正在(zai)代谢方面(mian)很活泼。研讨职员认为(wei),自身免疫历程(cheng)、高能量本钱和保护机制退化多(duo)是很多(duo)胰岛移植失败的原(yuan)因。
目(mu)前仍不分(fen)明这些(xie)变量之间的相互感化如何使(shi)某些(xie)细胞(bao)正在(zai)生物(wu)体(ti)死亡后继续发挥(hui)感化。一种假设是,嵌入细胞(bao)外膜的专门通道和泵会充当复杂的电路。这些(xie)通道和泵产生电信(xin)号,使(shi)细胞(bao)能够相互相同并发挥(hui)发展和运动等特(te)定功能,进而塑(su)造它们构成的生物(wu)体(ti)的结构。
不同范例的细胞(bao)正在(zai)死亡后发生转化的程(cheng)度也是未知数。以(yi)前的研讨发现,小(xiao)鼠、斑马鱼和人类死亡后,与应激、免疫和表观遗传调控有关的特(te)定基因会被激活。这表明,不同细胞(bao)范例拥有遍(bian)及的转化潜力。
应用前景
第三状态不但为(wei)人人相识细胞(bao)的顺应性提(ti)供了新视角,还(hai)让人看到了开发新治(zhi)疗方法的前景。
例如,能够制造源自活体(ti)构造的微型生物(wu)机器人,正在(zai)不引发不必要的免疫反应的情况下(xia)输送药物(wu)。将(jiang)经由改造的微型生物(wu)机器人注入人体(ti),有可能溶解动脉粥样硬化患者动脉内的斑块,和清除(chu)囊性纤维化患者体(ti)内多(duo)余(yu)的粘液。
紧张(zhang)的是,这些(xie)多(duo)细胞(bao)生物(wu)体(ti)的寿命有限,4到6周后会自然降解。这种“自毁开关”可防(fang)备潜正在(zai)入侵细胞(bao)的发展。
更好地相识某些(xie)细胞(bao)如何正在(zai)生物(wu)体(ti)死亡后继续发挥(hui)感化和转变为(wei)多(duo)细胞(bao)实体(ti),有望推动个性化医学和防(fang)备医学的进展。(编译/张(zhang)琳)