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一小群细胞如何组织成心脏、大脑或肾脏?这一关键的发育时期长期以来一直是发育生物学的黑盒子，部分原因是没有一个传感器足够小或足够灵活，能够观察到这个过程而不损伤细胞。

现在，来自哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员已经培育出一种被称为类有机体的简化器官，它具有完全集成的传感器。这些所谓的半机械人的器官提供了一个罕见的一瞥器官发展的早期阶段。

这项研究发表在《纳米快报》上。

“我在高中时就受到了器官自然发育过程的启发——三维器官从二维结构的少量细胞开始发育。我认为如果我们能开发纳电子学,非常灵活,可伸缩的,和软,他们可以共同成长与发展中组织通过他们的自然发展过程,嵌入式传感器可以测量整个活动的发展过程,”贾Liu表示,海洋生物工程助理教授和这项研究的资深作者。“最终的结果是一块组织与纳米尺度的设备完全分布和集成在整个组织的三维体积。”

这种类型的设备来自于刘作为研究生在查尔斯M.利伯的实验室开始的工作，他是约书亚和贝丝·弗里德曼大学教授。在利伯的实验室里，刘曾经开发出一种柔性的网状纳米电子器件，可以被注射到组织的特定区域。

在这个设计的基础上，刘和他的团队通过将网格的形状从直线改为蛇形结构(类似于可穿戴电子产品中使用的结构)，提高了纳米电子产品的可伸缩性。然后，研究小组将网状纳米电子技术转移到二维的干细胞薄片上，在干细胞薄片上，细胞通过细胞吸引力覆盖并与纳米电子技术交织。当干细胞开始转变成三维结构时，纳米电子器件相应地进行了无缝的重组，从而产生了完全生长的带有嵌入式传感器的三维有机体。

然后干细胞分化成心肌细胞——心脏细胞——研究人员能够监测和记录90天的电生理活动。

刘说:“这种方法让我们能够持续监测细胞的发育过程，并了解单个细胞的动力学是如何在整个发育过程中开始相互作用和同步的。”“它可以被用来将任何一种有机物变成半机械人的有机物，包括大脑和胰腺的有机物。”

除了帮助回答有关生物学的基本问题外，半机械式有机体还可用于测试和监测病人特定的药物治疗，并有可能用于移植。

本研究由李强、南可旺、乐福驰、林祖湾、郝胜、布卢姆等共同撰写。它得到了哈佛大学院长基金(Harvard Dean’s Fund)的资助，用于提供有前途的奖学金。