GCR：合作澳门威尼斯人注册网站研究：使用微型机器人在可编程类器官中精细生成多尺度图案

赞助单位：美国国家科学基金会

获奖编号：2020973

副主任/副主任：Calin Belta

文摘:

患有疾病或有缺陷的重要器官的人通常需要器官替代来生存，但由于缺乏合适的组织匹配供体以及死后器官退化和免疫排斥等复杂性，替代器官的可用性受到严重限制。这些问题可以通过使用高保真度的人造器官来克服，但要实现这一目标，面临着艰巨而长期的科学和工程挑战，而这个项目的目标是开始迎接这些挑战。该项目将专注于在肝类器官中生成微尺度模式的概念验证，以模仿六边形模式排列的小叶的解剖结构。澳门威尼斯人注册网站研究人员将使用微型机器人动态调节三维血管化肝类器官的基因表达，以产生小叶样图案。这个项目的结果将定义一个机器人辅助生物设计的新领域。这项澳门威尼斯人注册网站研究将产生新的生物学规则，合成生物学工具和微型机器人，可以应用于许多学科。如果成功，另一个更广泛的影响将是展示一种方法，可用于在体外创造一种新的、类似于生物和医学澳门威尼斯人注册网站研究的天然类器官，为澳门威尼斯人注册网站研究人造人体器官的创造和修复打开大门。该项目包括澳门威尼斯人注册网站研究生和博士后澳门威尼斯人注册网站研究人员的澳门威尼斯人注册网站研究培训。

在体外复制生物模式的传统方法受到多种限制。以往对模式形成的澳门威尼斯人注册网站研究主要依赖于在细胞培养中传递全局刺激和澳门威尼斯人注册网站研究反应扩散介导的细胞命运模式。这种方法只能产生静态模式，对基因表达和由此产生的生物组织形成既没有精确的空间控制，也没有精确的时间控制。目前的组织工程技术，如3D打印和光遗传学，也无法重现天然类器官中明显的多尺度自组装模式。所提出的方法将能够精确控制微型机器人，以实现对3D生物系统模式的动态控制，从而在该领域创造一个范式转变。概念验证的目标是在工程三维组织结构中调节局部基因表达，以控制多尺度模式的出现。机器学习将用于衍生和表征所需的多尺度模式，合成生物学将赋予干细胞遗传回路，使其能够分化细胞以形成所需的组织结构，微型机器人将改变局部基因表达以形成组织结构中的多尺度模式。特别是，澳门威尼斯人注册网站研究人员将开发和控制能够维持和携带工程发送细胞的微型机器人，驱动血管化三维肝类器官内的微型机器人和相关发送细胞到特定位置，并使用微型机器人控制的发送细胞与内皮细胞通信，诱导这些内皮细胞分泌Wnt并产生梯度控制肝小叶分区。这种模式的小叶分区将调节肝脏类器官的代谢活动。

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