活體生物機械人面世 惹道德憂慮 生物細胞組成 有望作醫療用途
2020/1/15

【明報專訊】美國科學家利用超級電腦設計藍圖,製作出全球首個完全使用生物DNA製作的可編程活體「生物機械人」。這種「機械人」其實是由生物細胞組成的「生物機器」,而非一般人認知中有齒輪和機械臂的機械人,看上去更像一塊能移動的肉團,能按不同活動目的改變組合,甚至能自我修復及完全分解,有望作醫療等用途,並助了解生物細胞結構的運作機制。專家承認生物機器或衍生道德爭議,需公眾與政府討論如何監管。

名為Xenobot的生物機器由佛蒙特大學及塔夫茨大學的生物學家共同研發,獲美國國防高等研究計劃署(DARPA)機器學習計劃資助。研究團隊以超級電腦的「進化演算法」(evolutionary algorithms),運用500至1000個皮膚及心臟細胞隨機組合出不同的立體構造,再模擬其活動狀態,憑藉移動距離等指標,挑選出表現最好的設計加以改造發展,最終團隊得出一系列設計藍圖,並在實驗室內以非洲爪蟾(Xenopus laevis)的心臟及皮膚幹細胞按藍圖組合,製作出生物機器。

這些生物機器長度短於1毫米。由於心臟細胞能自主收縮及擴張,能夠如迷你引擎般驅動生物機器,讓它們在水中沿直線移動、繞圈,或是和其他機器一同活動,直至細胞內的脂肪、蛋白質等能源耗盡而死亡,估計在不添加額外養分下,機器可「存活」7至10天左右,而在富營養的環境中更可生存數星期。其中最成功的設計包括一款能以兩條長在「胸口」的粗腿推進的機器,另一款中央則有小口袋,可攜物到處移動。

完成任務後能完全分解

以生物組織製作的機器受損時能自行治癒傷口,其中一個機械人即使被切成兩半後也能復元並繼續活動,而任務完成後機器可完全分解,就像自然生物死後腐化一樣,對環境較安全。另外,生物機器的構成細胞已成熟分化,不能繁殖或演變成其他形態。

帶領研究的塔夫茨大學再生及發展生物學中心主任萊文(Michael Levin)稱,研究旨在了解生物結構如何形成,形容生物機器是「全新的生命形態」,「它們是活生生的可編程生物(programmable organism)」。萊文指未來研究將擴大其結構規模,甚至可利用相關技術,以血管細胞、感知細胞等,組成人造眼等不同的立體生物構造,解決先天缺陷或重建老化器官等健康需求。

可清理海洋垃圾清除血管壁廢物

生物機器不是傳統意義上的生物或機械人,發展潛力甚大,例如可能用於清理海洋塑膠垃圾或放射性物質、將藥物運送至人體內特定位置,或是清除血管壁上積聚的廢物等。參與研究的佛蒙特大學博士生克里格斯曼(Sam Kriegman)承認,生物機器可能觸發道德爭議,特別是未來的生物機器或有神經系統以至特定的認知能力,認為應讓公眾討論如何規管,但相信短期內生物機器難成人類的威脅。研究報告刊於《美國國家科學院院刊》(PNAS)。

(衛報/CNN)

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