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随着自然发育中的组织一起生长的微型传感器
一小群细胞是如何组织成为心脏、大脑或者肾脏等器官的？这一发育的关键时期，长期以来一直是发育生物学领域的黑匣子。部分原因是因为没有足够小且足够灵活的传感器在不损伤细胞的前提下来观察这一过程。
近日，来自美国哈佛大学JohnA.Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员，培育出了一种简化的类器官，它具有完全集成的传感器。这些所谓的“半机械器官”为我们提供了一个罕见的机会以窥探器官发育的早期阶段。该研究近日已发表在《NanoLetters》上。
该研究通讯作者、SEAS生物工程助理教授JiaLiu说：“我在高中的时候就对器官自然发育的过程产生了浓厚兴趣，在这一过程中，少量细胞由二维结构发育成三维器官。如果我们能开发出灵活可伸缩且柔软的纳米电子设备，它就可以随着自然发育中的组织一起生长，那么嵌入式的传感器就能监测发育过程的整个活动。我们最终结果是培育一块组织，纳米级设备完全分布和集成在该组织的整个三维空间中。”
00:09这种类型的设备来自Liu作为研究生时在其导师CharlesM.Lieber实验室开始的工作。那时，Liu曾经开发出一种柔性的网状纳米电子装置，可以被注射到组织的特定位置。
在这个设计的基础上，Liu和他的团队通过将网格形状从直线变为曲线结构（类似于可穿戴电子产品使用的结构）增强了这种电子设备的可伸缩性。然后，该团队将网状纳米电子设备转移到二维的干细胞薄片上，这些细胞通过细胞间引力与纳米电子设备相互交织，并将其覆盖。随着这些干细胞开始形成三维结构，纳米电子设备也会相应地进行无缝重组，从而产生了完全成长的三维有机体，并嵌入传感器。
然后，干细胞分化为心肌细胞，研究人员能持续90天监测并记录器官内的电生理学活动。
图片来源：《NanoLetters》
Liu说：“这种方法让我们能够持续监测细胞的发育过程，并了解单个细胞的动力学是如何在整个发育过程中开始相互作用和同步的。该方法可以将任何类器官转化为半机械类器官，包括大脑和胰腺类器官。”
除了帮助解答生物学的基本问题之外，半机械类器官还可以被用于测试和监测患者特异性药物治疗，并有可能被用于移植。
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