يقوم المهندسون بإنشاء روبوتات حيوية مصممة من خلايا الرئة البشرية

يقوم المهندسون بإنشاء روبوتات حيوية مصممة من خلايا الرئة البشرية

يجري حاليًا تطوير نهج تقني جديد تمامًا لتطوير الروبوتات "المصممة" البيولوجية باستخدام خلايا الرئة البشرية في مختبر رين بجامعة كارنيجي ميلون. قد تتمكن هذه الروبوتات الحية المجهرية، والتي تسمى AggreBots، في يوم من الأيام من اجتياز بيئات الجسم المعقدة لتنفيذ التدخلات العلاجية أو الميكانيكية المرغوبة بمجرد تحقيق تحكم أفضل في أنماط حركتها. وفي دراسة جديدة نشرت فيالتقدم العلميتوفر المجموعة منصة جديدة لهندسة الأنسجة يمكن استخدامها لتحقيق حركية قابلة للتخصيص في AggreBots من خلال التحكم النشط في معلماتها الهيكلية.

الروبوتات الحيوية عبارة عن آلات بيولوجية مجهرية من صنع الإنسان تتحرك بشكل مستقل وقابلة للبرمجة لأداء مهام أو سلوكيات محددة. حتى الآن، ركز تعزيز حركة الروبوتات الحيوية على استخدام الألياف العضلية التي تسمح لها بالتحرك مثل العضلات الحقيقية من خلال الانكماش والاسترخاء.

يمكن العثور على آلية تشغيل بديلة جديدة من خلال استخدام الأهداب، وهي مراوح عضوية نانوية تشبه الشعر والتي تحرك السوائل في الجسم بشكل مستمر (على سبيل المثال في الرئتين) وتساعد بعض الحياة المائية، على سبيل المثال.البراميسيومأو مشط الهلام، والسباحة. ومع ذلك، فقد ثبت أن العثور على طريقة موثوقة للتحكم في الشكل والبنية الدقيقين للروبوت الحيوي الذي يعمل بالأهداب (اختصار CiliaBot)، وبالتالي التحكم في مخرجاته الحركية، أمر صعب.

كان مختبر رين رائدًا في استراتيجية تجميع وحدات جديدة لـ CiliaBots باستخدام تجميع يتم التحكم فيه مكانيًا للأنسجة الكروية التي ينتجها المختبر من الخلايا الجذعية الرئوية. باستخدام هذه الإستراتيجية، يمكن لهذه الروبوتات الهدبية (AggreBots) المجمعة أن تتضمن خلايا جذعية كروية تحمل طفرة جينية تجعل الأهداب مختلة وظيفيًا وغير متحركة في مناطق معينة.

دروف بهاتارام، المؤلف الرئيسي للورقة والهندسة الطبية الحيوية دكتوراه. قارن الطالب العملية بإزالة المجاذيف من نقاط محددة على زورق تجديف أثناء التجديف.

من خلال AggreBots، نعمل على تطوير طريقة بديلة لتزويد أنسجة الروبوتات الحيوية بالطاقة. من خلال عملية دمج الأجسام الشبه الكروية المختلفة في أشكال مختلفة ودمج الأجسام الشبه الكروية غير الوظيفية، يمكننا لأول مرة التحكم بدقة في موضع وتكرار مراوح الأهداب على سطح الأنسجة للتحكم في سلوك CiliaBot. وهذا تقدم حاسم يمكننا نحن وآخرون استثمار الوقت فيه لتحقيق نتائج مثمرة.

دروف بهاتارام، المؤلف الأول للمقال

وأضافت فيكتوريا ويبستر وود، الأستاذة المساعدة في الهندسة الميكانيكية: "إن نهج Aggrebots يجلب بعدًا تصميميًا جديدًا لهذه الأنواع من الروبوتات الحيوية والروبوتات الحيوية الهجينة". "إن القدرة على الجمع بين عناصر مختلفة مهدبة وغير مهدبة ستسمح للباحثين المستقبليين بإنشاء روبوتات حيوية ذات أنماط حركة تقنية محددة. نظرًا لأن Aggrebots مصنوعة بالكامل من مواد بيولوجية، فهي قابلة للتحلل بشكل طبيعي ومتوافقة حيويًا، مما قد يتيح تطبيقها المباشر في البيئات الطبية في المستقبل."

ومع استمرار مختبر رين في البناء على المنصة، فقد أدركوا أن التكنولوجيا يمكن أن تفيد جمهورًا واسعًا، بما في ذلك مجتمع الروبوتات الحيوية والأطباء والباحثين الطبيين الذين يدرسون كيفية عمل الأهداب في أمراض مثل خلل الحركة الهدبية الأولي أو في المخاط السميك شديد اللزوجة للتليف الكيسي. على وجه الخصوص، يمكن تصنيع CiliaBots من خلايا المرضى الخاصة، والتي يمكن استخدامها لإنشاء ناقلات علاجية شخصية دون التعرض لخطر الرفض المناعي.

المرونة مهمة لأن الجسم بيئة معقدة. يتمتع التوصيل الخلوي للعلاجات بإمكانيات كبيرة، ولكن بدون آلية دفع مناسبة، يمكن أن تصبح الخلايا عالقة بسهولة. لقد أنشأنا مسارًا يمكن للناس استخدامه للتحكم في حركية CiliaBot. تساعدنا CiliaBots على فهم تأثير المخاطر البيئية على الصحة وتسهيل تقديم العلاج في الجسم الحي. لديهم مجموعة واسعة من الاستخدامات المحتملة ومن المثير أن نكون جزءًا من تطويرها.

شي (تشارلي) رن، أستاذ مشارك في الهندسة الطبية الحيوية

مصادر: