那些年我看过的黑科技——生物篇

千奇百怪的黑科技在各种科幻小说和电影里层出不穷，不禁让我们联想，如果那些都是真实的怎么办？现实生活中有哪些正在进行的奇怪的科学实验呢？这里整理了三个有趣的研究课题。

生物机器人

提到机器人，我们想到的往往是橡胶或塑料做成的外壳，里面包裹着各种电线、不锈钢支架、机械手臂和电脑芯片。其实还有一种机器人是由真正的动物细胞组成的！

哈佛大学的Kevin Kit Parker教授（带领着博士狗们）用老鼠的心肌细胞做成了人造魟魚（artificial ray）【文献1】。这只人造魟鱼只有普通魟鱼的十分之一大小。

（A.） 游弋的活魟魚；（B.） 它的因肌肉骨骼结构；（C. ）组织工程的魟魚。（? Science.sciencemag.org）

研究员们把心肌细胞培植在柔软有弹性的有机聚合片上，由一层薄薄的金属支架支撑。这种特殊的心肌细胞具有感光性，可以在光照的刺激下收缩和舒张。所以在光的带领下，这只人造魟鱼可以左摇右摆，游来游去。

登上《科学》杂志的封面。（? Science.sciencemag.org）

绿巨鼠

威漫漫画中绿巨人的形象一直深入人心，浩克本是一位物理学博士，因受到大量伽马射线辐射，身体产生异变而变身成绿色怪物。浩克的绿色和我们将要介绍的这个实验里的主角有着惊人的相似。

德国慕尼黑工业大学2016年发表了一篇关于感光生物材料的文章【文献2】。文章中，研究人员把微型海藻植入到小白鼠的体内，实现了哺乳动物和原生植物（藻类）的共生体。这次看似荒诞的实验背后有什么意义呢？我们首先要了解医学里面人工移植的挑战。

与器官移植不同，这里的人工移植是用人造的材料替代身体的某个部分。人工移植的血管可以修复缺损，恢复供血；人工心脏可以让病人像常人一样正常生活；人工骨架可以帮助在事故中严重受伤的人恢复容貌；人工膝盖可以膝盖受损的病人正常行走……人工移植技术在近年来越来越多地提高了病人的生活质量。但是同时，人工移植面临巨大的挑战，其中包括排斥反应导致感染发炎和移植体缺乏供血而引起的缺氧以及坏死。

绿巨鼠实验的出发点就是应对缺氧这个难题。我们都知道，地球上氧气的来源是具有光合作用的绿色植物，氧气是哺乳动物细胞新陈代谢制造能量的来源。在生物体中，氧气是通过血管输送到身体的各个器官，但人工移植体往往缺少血管的包围，以至于周围的细胞也会受到缺氧的威胁。但如果移植体自己会产生氧气呢？研究员利用藻类可以生产氧气的特性，把莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）巧妙地融合在水凝胶里并移植到小白鼠体内。暴露在日光下的海藻通过光合作用，为周围的组织提供氧气。在至少五天内，移植的胶体没有引发排异反应或任何发炎的症状，相反，高氧含量的胶体出现了血管化的现象（组织内新血管的形成，见下图E）。

（? Chávez, Myra Noemi, et al）

诚然，这个实验存在各种局限性，包括移植的胶体必须要暴露在日光下等，但这次实验的成功给功课缺氧难题提供了更多的可能性。

脱发者的福音

从小爸妈就教导我们“知识改变命运”，读博了才发现，知识改变的更多的是发型（女生还好，男生允许你们做一个悲伤的表情）。其实很多学者都在生发的研究道路上日以夜继孜孜不倦（不知道有没有英国皇室的支持）。我们这里要介绍的是干细胞生发方法【文献3】。

在胚胎形成的时候，干细胞是最早的细胞，它们原始且未特化，具有分化成各种细胞的潜能，这些细胞属于胚胎干细胞。与之相对的是成体干细胞，它们存在于特定的组织中，同样具有分化成特定细胞的能力。如今，科学家们可以把已经分化的细胞（比如皮肤细胞）转化成干细胞，从而再分化成其它细胞。东京大学的研究员们成功地把从皮肤细胞转化的干细胞分化成毛囊生殖细胞，并种植在无毛鼠的皮肤里，实现了毛发再生。这种技术对于毛囊坏死的脱发患者也是有效的哦~

（? Nature）

这个研究课题目前的问题是每个毛囊里长出的“头发”是一小撮，而且种植的密度也是很难把握，以至于现在的实验对象仍然很丑……（但是我们坚信，明天会更好！）

参考文献：

【1】Park, Sung-Jin, et al. 'Phototactic guidance of a tissue-engineered soft-robotic ray.' Science 353.6295 (2016): 158-162.

【2】Chávez, Myra Noemi, et al. 'Towards autotrophic tissue engineering: photosynthetic gene therapy for regeneration.' Biomaterials 75 (2016): 25-36.

【3】Toyoshima, Koh-ei, et al. 'Fully functional hair follicle regeneration through the rearrangement of stem cells and their niches.' Nature communications 3 (2012): 784.