传统上，生与死被视为对立的。但是，从死亡生物体的细胞中诞生新的多细胞生命形式，则带来了超越传统生与死界限的“第三种状态”。

生物机器人源自死亡生物体的细胞突破了生命死亡和医学的界限

通常，科学家认为死亡是整个生物体功能不可逆转的停止。然而，器官捐赠等做法凸显了器官、组织和细胞在生物体死亡后仍能继续发挥作用。这种韧性引发了一个问题：是什么机制让某些细胞在生物体死亡后继续发挥作用?

我们是研究生物体死后内部情况的研究人员。在我们最近发表的综述中，我们描述了某些细胞在获得营养、氧气、生物电或生化线索后，如何在死后转变为具有新功能的多细胞生物。

生命、死亡和新事物的出现

第三种状态挑战了科学家通常对细胞行为的理解。虽然毛毛虫变身为蝴蝶，或蝌蚪进化为青蛙，可能是常见的发育转变，但生物体以非预定方式变化的情况很少。肿瘤、类器官和可以在培养皿中无限分裂的细胞系(如HeLa细胞)不被视为第三种状态的一部分，因为它们不会发展新功能。

然而，研究人员发现，从死蛙胚胎中提取的皮肤细胞能够适应实验室培养皿的新环境，自发重组为称为异种机器人的多细胞生物。这些生物表现出的行为远远超出了它们原来的生物学角色。具体来说，这些异种机器人使用它们的纤毛(细小的毛发状结构)在周围环境中导航和移动，而在活蛙胚胎中，纤毛通常用于移动粘液。

Xenobots可以自行移动、修复并与周围环境互动。

Xenobot还能够进行运动学自我复制，这意味着它们可以在不生长的情况下复制其结构和功能。这与更常见的在生物体内或生物体上生长的复制过程不同。

研究人员还发现，单个人类肺细胞可以自我组装成能够四处移动的微型多细胞生物。这些人体机器人的行为和结构都焕然一新。它们不仅能够探索周围环境，还能修复自身和附近受损的神经元细胞。

综合起来，这些发现证明了细胞系统固有的可塑性，并挑战了细胞和生物只能以预定方式进化的观点。第三种状态表明，生物体死亡可能在生命随时间转变的过程中发挥重要作用。

图A显示，一个人类机器人在三天内在一个被划伤的神经元上搭建了一座桥梁。图B在第3天结束时用绿色突出显示了“缝合”。来源：Gumuskaya等人。2023/AdvancedScience，CCBY-SA

死后状况

有多种因素会影响生物体死亡后某些细胞和组织是否能够存活并发挥功能。这些因素包括环境条件、代谢活动和保存技术。

不同类型的细胞存活时间不同。例如，人类的白细胞在生物体死亡后60至86小时内死亡。小鼠的骨骼肌细胞可以在死后14天再生，而绵羊和山羊的成纤维细胞可以在死后培养一个月左右。

代谢活动对细胞能否继续存活和发挥功能起着重要作用。需要持续大量能量供应才能维持功能的活性细胞比能量需求较低的细胞更难培养。冷冻保存等保存技术可以使骨髓等组织样本发挥与活体供体来源类似的功能。

固有的生存机制对于细胞和组织能否存活也起着关键作用。例如，研究人员观察到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，这可能是为了弥补体内平衡的丧失。此外，创伤、感染和死亡后的时间等因素也会显著影响组织和细胞的活力。

年龄、健康状况、性别和物种类型等因素进一步影响了死后情况。这一点体现在从捐赠者到接受者培养和移植代谢活跃的胰岛细胞(这些细胞在胰腺中产生胰岛素)的挑战中。研究人员认为，自身免疫过程、高能量成本和保护机制的退化可能是许多胰岛移植失败的原因。

这些变量之间的相互作用如何使某些细胞在生物体死亡后继续发挥作用仍不清楚。一种假设是，嵌入细胞外膜的专门通道和泵充当复杂的电路。这些通道和泵产生电信号，使细胞能够相互通信并执行特定功能，例如生长和运动，从而塑造它们形成的生物体的结构。

不同类型的细胞在死亡后会发生何种程度的转化也尚不确定。先前的研究发现，小鼠、斑马鱼和人类在死亡后会激活与压力、免疫和表观遗传调控相关的特定基因，这表明不同细胞类型之间存在广泛的转化潜力。

对生物学和医学的影响

第三种状态不仅为细胞的适应性提供了新的见解，也为新的治疗方法带来了希望。

例如，人体机器人可以从个人的活体组织中获取，用于输送药物，而不会引发不必要的免疫反应。注入体内的工程化人体机器人可能会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的多余粘液。

重要的是，这些多细胞生物的寿命是有限的，四到六周后就会自然降解。这种“杀伤开关”可以防止潜在入侵细胞的生长。

更好地了解某些细胞如何在生物体死亡后的一段时间内继续发挥作用并变态为多细胞实体，有望推动个性化和预防医学的发展。