一些特定细胞在获得营养、氧分、生物电或生化信号的条件下，在有机体死后，还能够转化为具有新功能的“多细胞生物”。

撰文｜Peter A Noble（美国阿拉巴马大学伯明翰分校微生物学兼职副教授），Alex Pozhitkov（美国希望之城生物科学研究生院生物信息学高级技术负责人）

翻译｜科研圈bot

从死去蛙类的胚胎中提取的细胞，能够在实验室的培养皿中适应新环境，自发重组为一种名为异种机器人（Xenobots）的“多细胞生物”。

传统上，生与死被视为对立面。但一类全新的多细胞生命形式超越了生与死的传统界限。它从死亡有机体的细胞中涌现，为我们引入了“第三种状态”。

通常，科学家认为死亡是生物体功能的不可逆停止。然而，器官捐献等实践却突显出，即使生物体死亡后，器官、组织和细胞仍能继续发挥功能。这种韧性引发了一个问题：是什么机制让某些细胞在机体死亡后仍能继续工作？

我们是专门探究生物死后体内发生何种变化的研究者。在我们最新发表的综述中，我们描述了一些特定细胞在获得营养、氧分、生物电或生化信号的条件下，在死后转化为具有新功能的多细胞生物的过程。

生命的消亡与新生事物的涌现

这种超脱生与死的第三种状态，挑战了科学家对细胞行为的通常理解。尽管毛虫变蝴蝶或蝌蚪变青蛙可能是人们熟知的发育性转变，但生物体以非预定方式变化的例子却很少。肿瘤、类器官和能在培养皿中无限分裂的细胞系，比如海拉细胞（HeLa cells）并不被视为第三状态的一部分，因为它们不会发展出新的功能。

然而，研究人员发现，从死去蛙类的胚胎中提取的皮肤细胞，能够在实验室的培养皿中适应新环境，自发重组为一种名为异种机器人（Xenobots）的“多细胞生物”，并且表现出了远超其原始生物角色的行为。具体来说，这些异种机器人能够利用其纤毛——微小的毛发状结构——来导航并在周围环境中移动，而在活体青蛙胚胎中，纤毛通常用于推动黏液。

异种机器人可以自行移动、愈合，并与环境互动。它们还能够进行运动性自我复制，这意味着它们可以在不生长的情况下从物理维度复制其结构和功能。这与更常见的在有机体内部或表面发生的生长复制过程不同。

异种机器人可以自行移动、愈合，并与环境互动

研究人员还发现，单独的人类肺细胞能够自我组装成可以移动的微型多细胞生物。这些人源机器人（anthrobots）拥有全新的行为表现和构建方式。它们不仅能够根据周围环境完成导航，还能修复自身以及在附近出现的受损神经元细胞。

综上所述，这些发现证明了细胞系统的固有可塑性，并挑战了细胞和生物只能以预定方式演化的观点。第三种状态表明，有机体性死亡可能在生命随时间演变的过程中发挥重要作用。

图 A 展示了一个人源机器人三天内缝合一个受损神经元的过程。图 B 展示了第三天结束时的 “缝合”部分（绿色）。Gumuskaya 等，2023/Advanced Science, CC BY-SA

死后的条件

在生物体死亡后，多个因素会对特定细胞和组织能否存活和发挥功能产生影响。这些因素包括环境条件、代谢活动和保存技术。

不同类型的细胞具有不同的存活时间。例如，在人体中，白细胞在机体死亡后 60~86 小时内死亡。在小鼠中，骨骼肌细胞在机体死亡后 14 天内都可以再生，而来自绵羊和山羊的成纤维细胞可以在机体死后培养长达一个月左右。

代谢活性在细胞是否能够继续存活和发挥功能方面起着重要作用。活跃的细胞需要持续且大量的能量供应来维持其功能，因此比能量需求较低的细胞更难以培养。保存技术如冷冻保存，可以使骨髓等组织样本的功能与活体供体来源相似。

固有的生存机制也在细胞和组织是否能继续存活中起着关键作用。例如，研究人员观察到，在生物体死亡后，应激相关基因和免疫相关基因的活性显著增加，这可能是为了补偿体内平衡的丧失。此外，创伤、感染以及死亡后的时间流逝等因素显著影响组织和细胞的存活能力。

年龄、健康状况、性别和物种类型等因素进一步塑造了死后的生物景观。这在代谢活跃的胰岛细胞（胰腺中产生胰岛素的细胞）的培养和移植挑战中可见一斑。研究人员认为，自身免疫过程、高能量成本以及保护机制的退化可能是很多胰岛移植失败的原因。

这些变量如何相互作用使得某些细胞在生物体死亡后仍能继续发挥功能？一种假设认为，嵌入细胞外膜的特化通道和泵构成了复杂的电子回路。这些通道和泵产生的电信号使得细胞之间能够相互通信，执行生长和运动等特定功能，从而塑造了它们所构成的生物体的结构。

不同类型的细胞在机死后发生转化的程度也尚不确定。先前的研究已发现，与压力、免疫和表观遗传调控相关的特定基因，在小鼠、斑马鱼和人死后均能被激活，这表明有多种细胞类型广泛存在转化的潜力。

第三种状态的意义

第三种状态不仅提供了对细胞适应性的新见解，也为新疗法带来了希望。

例如，可以从人的活体组织中获取的人源机器人可以在不引发非必要免疫反应的情况下递送药物。经改造的人源机器人注入人体内后，有可能溶解动脉粥样硬化患者的动脉斑块，并清除囊性纤维化患者体内过多的粘液。

重要的是，这些多细胞生命的寿命有限，在四至六周后就会自然降解。这种“自毁机制”防止了侵入性细胞的潜在生长。

如果我们对某些细胞在机体死亡后一段时间内继续发挥功能，以及转变为多细胞实体的过程有更深入的理解，这方面的研究就有望推动个性化医疗和预防医学的发展。

原文链接：https://theconversation.com/biobots-arise-from-the-cells-of-dead-organisms-pushing-the-boundaries-of-life-death-and-medicine-238176

论文链接：https://journals.physiology.org/doi/abs/10.1152/physiol.00004.2024

本文转载自微信公众号“环球科学科研圈（ID：keyanquan）”。