新的研究可以让科学家利用生物学的基本构件——细胞——在生物体内构建材料和结构。一项研究,发表于三月份科学由斯坦福大学精神病学家和生物工程师Karl Deisseroth领导,展示了如何使特定细胞在其表面产生带电(或阻断)聚合物。这项工作有一天可以让研究人员在体内建造大规模的结构,或者改善假肢的大脑接口。

从中期来看,这项技术可能在生物电子医学中有用,包括提供治疗性电脉冲。长期以来,这一领域的研究人员一直对在不损害周围组织的情况下引入导电或抑制电流的聚合物感兴趣。刺激特定的细胞——例如,干预癫痫发作——比让整个机体充满药物要精确得多,后者会引起广泛的副作用。但目前的生物电方法,如使用电极的生物电方法,仍然不加区别地影响大量细胞。

这项新技术利用一种病毒将基因传递到所需的细胞类型,指示它们在其表面产生一种酶(Apex2)。这种酶在前体分子和注入细胞之间的过氧化氢之间引发化学反应;这个反应导致前体融合成目标细胞上的聚合物。佛罗里达大学生物医学工程师凯文·奥托(Kevin Otto)说:“这里的新之处在于,各种新兴领域在一个应用中交织在一起。”奥托没有参与这项研究,但与人合著了一篇相关评论科学.“通过合成生物学在活组织内组装导电聚合物,以实现细胞特异性界面,这是非常新颖的。”

研究人员测试了这一过程,并跟踪了啮齿动物脑细胞、人工生长的人类大脑模型和活蠕虫的细胞功能。他们还将这些成分注射到活老鼠的大脑中,以证明它们是无毒的。

评论作者说,这项工作可以通过提高神经元被刺激的精确度,为改善抑郁症或帕金森病的治疗铺平道路。它还可以精确定位向大脑传递信息的细胞,有可能让截肢者在假肢上有感觉。

戴瑟罗斯认为这项研究有更广泛的用途。“我们已经能够在基因靶向细胞内构建新的结构,所以我们只有感兴趣的细胞为我们构建一些东西;这非常令人兴奋,而且非常非常普遍,”他说。“这是一个基本的科学探索:我们能做什么?利用生物结构的复杂性,我们能在生物结构中建造什么?”

然而,障碍依然存在。奥托说:“人类基因治疗存在监管障碍。”他补充说,还需要证明变化的持久性,以及这项技术在高等物种中的可行性。