Инженери създават дизайнерски биоботове от човешки белодробни клетки

Инженери създават дизайнерски биоботове от човешки белодробни клетки

Напълно нов технически подход за разработване на биологични „дизайнерски“ роботи, използващи човешки белодробни клетки, в момента се разработва в лабораторията Ren в университета Карнеги Мелън. Тези микромащабни живи роботи, наречени AggreBots, може един ден да са в състояние да прекосяват сложните среди на тялото, за да извършват желаните терапевтични или механични интервенции, след като се постигне по-добър контрол върху техните модели на движение. В ново проучване, публикувано вНаучни постиженияГрупата предоставя нова платформа за тъканно инженерство, която може да се използва за постигане на персонализирана подвижност в AggreBots чрез активно контролиране на техните структурни параметри.

Биоботите са микроскопични, създадени от човека биологични машини, които се движат автономно и са програмируеми за изпълнение на специфични задачи или поведение. Досега насърчаването на мобилността на биоботите се фокусира върху използването на мускулни влакна, които им позволяват да се движат като истински мускули чрез свиване и отпускане.

Нов, алтернативен механизъм за задействане може да бъде открит чрез използването на реснички, наноскопичните органични пропелери, подобни на коса, които непрекъснато движат течности в тялото (напр. в белите дробове) и подпомагат някои водни обитатели, напр.Парамецийили гребен желета, плуване. Въпреки това намирането на надежден начин за контролиране на прецизната форма и структура на захранван с реснички биобот (накратко CiliaBot) и следователно неговите резултати от подвижността се оказа трудно.

Лабораторията Ren е пионер в нова модулна стратегия за сглобяване на CiliaBots, използвайки пространствено контролирано агрегиране на тъканни сфероиди, които лабораторията произвежда от белодробни стволови клетки. Използвайки тази стратегия, тези агрегирани CiliaBots (AggreBots) могат да включват сфероиди от стволови клетки, които носят генетична мутация, която прави ресничките дисфункционални и неподвижни в определени региони.

Dhruv Bhattaram, водещ автор на статията и доктор по биомедицинско инженерство. Студентът сравни процеса с премахване на греблата от избрани точки на гребна лодка, докато гребе.

С нашите AggreBots ние напредваме в алтернативен метод за доставяне на енергия към тъканите на биоботите. Чрез процеса на сливане на различни сфероиди в различни форми и включване на нефункционални сфероиди, можем за първи път прецизно да контролираме позицията и честотата на витлата на ресничките върху тъканната повърхност, за да контролираме поведението на CiliaBot. Това е важен напредък, в който ние и другите можем да инвестираме време, за да постигнем продуктивни резултати.“

Дхрув Бхаттарам, първи автор на статията

„Подходът на Aggrebots носи ново дизайнерско измерение на тези видове биоботове и биохибридни роботи“, добави Виктория Уебстър-Ууд, доцент по машинно инженерство. „Способността за модулно комбиниране на различни ресничести и нересничести елементи ще позволи на бъдещите изследователи да създават биоботове със специфични технически модели на движение. Тъй като Aggrebots са направени изцяло от биологични материали, те са естествено биоразградими и биосъвместими, което би могло да даде възможност за тяхното директно приложение в медицински среди в бъдеще.“

Тъй като лабораторията на Ren продължава да надгражда платформата, те признават, че технологията може да бъде от полза за широка аудитория, включително общността на биороботиците, клиницисти и медицински изследователи, изучаващи как функционират ресничките при заболявания като първична цилиарна дискинезия или в гъста, силно вискозна слуз на кистозна фиброза. По-специално, CiliaBots могат да бъдат направени от собствени клетки на пациентите, които биха могли да се използват за създаване на персонализирани терапевтични носители без риск от имунно отхвърляне.

Гъвкавостта е важна, защото тялото е сложна среда. Клетъчното доставяне на терапевтици има голям потенциал, но без подходящ задвижващ механизъм клетките могат лесно да блокират. Създадохме път, който хората могат да използват, за да контролират подвижността на CiliaBot. CiliaBots ни помагат да разберем въздействието на опасностите от околната среда върху здравето и улесняват in vivo терапевтичното доставяне. Те имат широк спектър от потенциални приложения и е вълнуващо да бъда част от тяхното развитие.“

Си (Чарли) Рен, доцент по биомедицинско инженерство

източници: