Inženýři vytvářejí designové bioboty z lidských plicních buněk

Inženýři vytvářejí designové bioboty z lidských plicních buněk

Zcela nový technický přístup k vývoji biologických „designérských“ robotů využívajících lidské plicní buňky je v současnosti vyvíjen v laboratoři Ren na Carnegie Mellon University. Tito živí roboti v mikroměřítku, nazývaní AggreBots, mohou být jednoho dne schopni procházet složitým prostředím těla a provádět požadované terapeutické nebo mechanické zásahy, jakmile bude dosaženo lepší kontroly nad jejich pohybovými vzory. V nové studii publikované vVědecké pokrokySkupina poskytuje novou platformu tkáňového inženýrství, kterou lze použít k dosažení přizpůsobitelné motility v AggreBots aktivním řízením jejich strukturálních parametrů.

Bioboti jsou mikroskopické, člověkem vyrobené biologické stroje, které se pohybují autonomně a jsou programovatelné k provádění specifických úkolů nebo chování. Až dosud se podpora mobility biobotů zaměřovala na používání svalových vláken, která jim umožňují pohybovat se jako skutečné svaly prostřednictvím kontrakce a relaxace.

Nový alternativní ovládací mechanismus lze nalézt pomocí řasinek, nanoskopických organických vrtulí podobných vlasům, které nepřetržitě pohybují tekutinami v těle (např. v plicích) a napomáhají některému vodnímu životu, např.Parameciumnebo česat želé, plavat. Ukázalo se však, že nalezení spolehlivého způsobu, jak řídit přesný tvar a strukturu biobota poháněného řasinkami (zkráceně CiliaBot), a tím i jeho pohyblivost, je obtížné.

Laboratoř Ren byla průkopníkem nové modulární strategie sestavování pro CiliaBots pomocí prostorově řízené agregace tkáňových sféroidů, které laboratoř produkuje z plicních kmenových buněk. Pomocí této strategie mohou tyto agregované CiliaBots (AggreBots) začlenit sféroidy kmenových buněk, které nesou genetickou mutaci, která způsobuje, že řasinky jsou v určitých oblastech dysfunkční a nepohyblivé.

Dhruv Bhattaram, hlavní autor článku a biomedicínského inženýrství Ph.D. Student přirovnal postup k odstranění vesel z vybraných bodů na veslici při pádlování.

S našimi AggreBots prosazujeme alternativní způsob dodávání energie tkáním biobotů. Prostřednictvím procesu spojování různých sféroidů do různých tvarů a začleňování nefunkčních sféroidů můžeme poprvé přesně ovládat polohu a frekvenci řasinkových vrtulí na povrchu tkáně, abychom mohli ovládat chování CiliaBot. Jde o zásadní pokrok, do kterého můžeme my i ostatní investovat čas, abychom dosáhli produktivních výsledků.“

Dhruv Bhattaram, první autor článku

„Přístup Aggrebots přináší do těchto typů biobotů a biohybridních robotů nový rozměr designu,“ dodala Victoria Webster-Wood, docentka strojního inženýrství. "Schopnost modulárně kombinovat různé ciliované a ne ciliované prvky umožní budoucím výzkumníkům vytvářet bioboty se specifickými technickými pohybovými vzory. Vzhledem k tomu, že Aggrebots jsou vyrobeny výhradně z biologických materiálů, jsou přirozeně biologicky rozložitelné a biokompatibilní, což by mohlo v budoucnu umožnit jejich přímou aplikaci v lékařských prostředích."

Jak laboratoř Ren pokračuje v budování platformy, uznávají, že tato technologie by mohla být přínosem pro široké publikum, včetně biorobotické komunity, lékařů a lékařských výzkumníků, kteří studují, jak řasinky fungují u nemocí, jako je primární ciliární dyskineze nebo v hustém, vysoce viskózním hlenu cystické fibrózy. Zejména CiliaBots mohou být vyrobeny z vlastních buněk pacientů, které by mohly být použity k vytvoření personalizovaných terapeutických nosičů bez rizika imunitního odmítnutí.

Flexibilita je důležitá, protože tělo je komplexní prostředí. Buněčné podávání terapeutik má velký potenciál, ale bez vhodného pohonného mechanismu mohou buňky snadno uváznout. Vytvořili jsme cestu, kterou mohou lidé použít k ovládání motility CiliaBot. CiliaBots nám pomáhají porozumět dopadu environmentálních rizik na zdraví a usnadňují in vivo terapeutické podávání. Mají širokou škálu potenciálních využití a je vzrušující být součástí jejich vývoje.“

Xi (Charlie) Ren, docent biomedicínského inženýrství

Zdroje: