圖1 包含微小傳感器的3-D組織支架——研究學(xué)者認(rèn)為通過(guò)將它們?cè)诮M織中“培養(yǎng)”，日后可以將這些醫(yī)用傳感器植入病人體內(nèi)。

英國(guó)每日郵報(bào)報(bào)道，近日美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究學(xué)者發(fā)明了一種新技術(shù)，能夠在人體組織里放置傳感器，這使得結(jié)合人體和機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)造半機(jī)器人離現(xiàn)實(shí)更進(jìn)一步。為了控制工程組織的三維形狀，研究學(xué)者在微小的海綿狀支架上培養(yǎng)細(xì)胞。

這些設(shè)備可以移植入病人體內(nèi)，或者用于實(shí)驗(yàn)以研究組織對(duì)潛在藥物的反應(yīng)。來(lái)自美國(guó)麻省理工學(xué)院、哈佛大學(xué)和波士頓兒童醫(yī)院的研究學(xué)者組成的小組正往組織支架上添加新的元素：電子傳感器。

這些由硅納米線制成的傳感器可以用于監(jiān)測(cè)支架周?chē)M織的電活動(dòng)，控制藥物釋放或者根據(jù)不同藥物對(duì)心臟組織跳動(dòng)產(chǎn)生的效應(yīng)而選擇合適的藥物。“對(duì)于這項(xiàng)研究我們非常興奮，” 麻省理工學(xué)院的David H. Koch研究所的羅伯特·蘭格教授這樣說(shuō)道。“它使得我們離未來(lái)合成組織工程心臟更近了一步，同時(shí)它也顯示了新型納米材料在該領(lǐng)域的重要地位。”

研究學(xué)者利用環(huán)氧樹(shù)脂建造了這個(gè)新支架，環(huán)氧樹(shù)脂是種能產(chǎn)生多孔質(zhì)3-D結(jié)構(gòu)的無(wú)毒材料。嵌入在支架里的硅納米線向組織內(nèi)生長(zhǎng)的細(xì)胞傳遞電信號(hào)，同時(shí)也能從細(xì)胞中傳遞出信號(hào)。“這些支架不僅僅是細(xì)胞的機(jī)械支撐，它還包含多重傳感器。我們將細(xì)胞放在支架上培養(yǎng)，最終它將長(zhǎng)成3D的工程組織。”

研究小組選用硅納米線作為電子傳感器是因?yàn)樗鼈冃?、穩(wěn)定，且能安全的植入活體組織，且對(duì)電流的反應(yīng)比金屬電極更敏感。納米線直徑在30納米和80納米之間（大約是人一根頭發(fā)的1/1000）。它能夠檢測(cè)到小于千分之一瓦的電壓，這大約就是細(xì)胞內(nèi)的電壓水平。

圖2 諸如機(jī)械戰(zhàn)警這樣的半機(jī)械人在科幻電影中屢見(jiàn)不鮮。目前麻省理工學(xué)院的研究學(xué)者正在朝將它變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)邁進(jìn)。

《自然材料研究》中研究學(xué)者利用它們的支架培養(yǎng)心臟、神經(jīng)和肌肉組織。利用工程心臟組織，研究學(xué)者能夠檢測(cè)到細(xì)胞對(duì)去甲腎上腺素的反應(yīng)，后者是一種用于增加心臟率的常用興奮劑。

美國(guó)哥倫比亞大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程的戈?duì)栠_(dá)娜﹒武尼亞克-諾瓦科維奇教授表示，這項(xiàng)工作解決了對(duì)電刺激有反應(yīng)的工程細(xì)胞的需要，這將極大的促進(jìn)了對(duì)心臟和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療。“這項(xiàng)研究展示了納米電子學(xué)是如何結(jié)合組織工程學(xué)檢測(cè)細(xì)胞的行為。”這種可植入設(shè)備使得醫(yī)生可以檢測(cè)到植入該設(shè)備的病人的炎癥或其他生化事件。

研究學(xué)者的最終目標(biāo)是這種工程組織不僅能檢測(cè)的電或化學(xué)事件，還能夠通過(guò)釋放藥物，對(duì)它產(chǎn)生適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。