瑞士科學家首次在人體細胞中植入可編程電路可用於治療癌症
研究人員表示,他們已成功“製造”出一種功能更強大的類計算機人體細胞,它最終可用來監測人的健康狀況,甚至可以用來治療癌症和其他疾病。
利用基因編輯工具CRISPR-Cas9,研究人員能夠使人體細胞的功能像計算機一樣,“製造”他們所謂的“程序可擴展電路”。
蘇黎世聯邦理工學院生物系統科學與工程系生物技術與生物工程教授馬丁•弗森格(Martin Fussenegger)表示,“這種細胞計算機可能聽起來像是非常具有顛覆性的創意,但事實並非如此。人體本身就是一台大型計算機。自遠古以來,人體新陳代謝就一直在利用著數以萬億計細胞的計算能力。”
細胞像計算機一樣工作,改變基因的表達,利用Cas9蛋白的一種特殊變體讀取RNA序列,然後激活和抑制基因表達以產生某些蛋白質。
雖然在這裡“技術”基於生物學原理,但它與計算機處理器的運行極其相似,根據期望的結果,細胞處理器可以被告知執行特定的操作。
通過控制“細胞計算機”的運行,這一技術不僅可以通過對某些化學過程或代謝產物作出反應來判斷身體健康狀況,還有助於人體對健康狀況作出反應。
研究人員表示,例如,如果發現某種生物標誌物長時間留在體內,這種現象可能表明癌症在轉移。“生物計算機”可以鎖定不斷生長的腫瘤,並利用其功能將腫瘤“切除”。
研究人員稱,這一技術與其他生物計算機的區別,在於其處理能力。科學家不僅考慮了單“台”生物計算機,還考慮了整個細胞網絡——實際上就是一種類型的智能組織,可以大大提高處理能力。
弗森格表示,“一個微小的組織有數十億個細胞組成,每個細胞都配有自己的雙核處理器。從理論上說,這樣的’計算器官’具有的運算能力,將遠遠超過超級計算機,而能耗卻要小得多。”
根據弗森格的設想,給細胞計算機供電將是異常簡單的,“不同於超級計算機的是,這種計算機只需要一片麵包就能獲得所需的能耗”。
這一發現,標誌著科學家在“製造”類計算機細胞、幫助改善人體健康狀況方面取得了重大突破。以前的研究主要集中在使用蛋白質基因開關方面,科學家稱蛋白質基因開關信息處理能力較低,一次只能處理一條命令。
研究人員表示,他們下一步的研究方向,將是增添能夠處理更複雜命令和信息的多核處理器。(作者/霜葉)