Οι μηχανικοί δημιουργούν βιομποτάκια σχεδιαστών από ανθρώπινα πνευμονικά κύτταρα

Οι μηχανικοί δημιουργούν βιομποτάκια σχεδιαστών από ανθρώπινα πνευμονικά κύτταρα

Μια εντελώς νέα τεχνική προσέγγιση για την ανάπτυξη βιολογικών ρομπότ «σχεδιαστή» που χρησιμοποιούν ανθρώπινα πνευμονικά κύτταρα αναπτύσσεται αυτήν τη στιγμή στο εργαστήριο Ren στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon. Αυτά τα ζωντανά ρομπότ μικροκλίμακας, που ονομάζονται AggreBots, μπορεί μια μέρα να είναι σε θέση να διασχίσουν τα πολύπλοκα περιβάλλοντα του σώματος για να πραγματοποιήσουν τις επιθυμητές θεραπευτικές ή μηχανικές παρεμβάσεις μόλις επιτευχθεί καλύτερος έλεγχος των μοτίβων κίνησής τους. Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στοΕπιστημονικές εξελίξειςΗ ομάδα παρέχει μια νέα πλατφόρμα μηχανικής ιστών που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίτευξη προσαρμόσιμης κινητικότητας στα AggreBots ελέγχοντας ενεργά τις δομικές τους παραμέτρους.

Τα Biobots είναι μικροσκοπικές, ανθρωπογενείς βιολογικές μηχανές που κινούνται αυτόνομα και μπορούν να προγραμματιστούν για να εκτελούν συγκεκριμένες εργασίες ή συμπεριφορές. Μέχρι τώρα, η προώθηση της κινητικότητας των biobots επικεντρωνόταν στη χρήση μυϊκών ινών που τους επιτρέπουν να κινούνται σαν πραγματικοί μύες μέσω συστολής και χαλάρωσης.

Ένας νέος, εναλλακτικός μηχανισμός ενεργοποίησης μπορεί να βρεθεί μέσω της χρήσης βλεφαρίδων, των νανοσκοπικών, οργανικών ελίκων που μοιάζουν με τρίχες που κινούν συνεχώς υγρά στο σώμα (π.χ. στους πνεύμονες) και βοηθούν κάποια υδρόβια ζωή, π.χ.Παραμήκιοή χτενίστε ζελέ, κολυμπήστε. Ωστόσο, η εύρεση ενός αξιόπιστου τρόπου ελέγχου του ακριβούς σχήματος και της δομής ενός biobot που κινείται με βλεφαρίδες (CiliaBot για συντομία) και ως εκ τούτου των εξόδων κινητικότητάς του έχει αποδειχθεί δύσκολη.

Το εργαστήριο Ren πρωτοστάτησε σε μια νέα σπονδυλωτή στρατηγική συναρμολόγησης για το CiliaBots χρησιμοποιώντας χωρικά ελεγχόμενη συσσώρευση σφαιροειδών ιστών που παράγει το εργαστήριο από βλαστοκύτταρα πνεύμονα. Χρησιμοποιώντας αυτή τη στρατηγική, αυτά τα συσσωματωμένα CiliaBots (AggreBots) μπορούν να ενσωματώσουν σφαιροειδή βλαστοκυττάρων που φέρουν μια γενετική μετάλλαξη που καθιστά τις βλεφαρίδες δυσλειτουργικές και ακίνητες σε ορισμένες περιοχές.

Dhruv Bhattaram, κύριος συγγραφέας της εργασίας και Ph.D βιοϊατρικής μηχανικής. Ο μαθητής συνέκρινε τη διαδικασία με την αφαίρεση των κουπιών από επιλεγμένα σημεία σε μια βάρκα με κωπηλασία ενώ κωπηλατούσε.

Με τα AggreBots μας, προωθούμε μια εναλλακτική μέθοδο παροχής ενέργειας σε ιστούς biobot. Μέσω της διαδικασίας σύντηξης διαφορετικών σφαιροειδών σε διαφορετικά σχήματα και ενσωμάτωσης μη λειτουργικών σφαιροειδών, μπορούμε για πρώτη φορά να ελέγξουμε με ακρίβεια τη θέση και τη συχνότητα των ελίκων των βλεφαρίδων στην επιφάνεια του ιστού για να ελέγξουμε τη συμπεριφορά του CiliaBot. Αυτή είναι μια κρίσιμη πρόοδος στην οποία εμείς και άλλοι μπορούμε να επενδύσουμε χρόνο για να επιτύχουμε παραγωγικά αποτελέσματα».

Dhruv Bhattaram, πρώτος συγγραφέας του άρθρου

«Η προσέγγιση Aggrebots φέρνει μια νέα σχεδιαστική διάσταση σε αυτούς τους τύπους βιορομπότ και βιουβριδικών ρομπότ», πρόσθεσε η Victoria Webster-Wood, αναπληρώτρια καθηγήτρια μηχανολογίας. "Η ικανότητα συνδυασμού σπονδυλωτών διαφορετικών βλεφαριδωτών και μη στοιχείων θα επιτρέψει στους μελλοντικούς ερευνητές να δημιουργήσουν βιομποτ με συγκεκριμένα τεχνικά μοτίβα κίνησης. Επειδή τα Aggrebots είναι κατασκευασμένα εξ ολοκλήρου από βιολογικά υλικά, είναι φυσικά βιοδιασπώμενα και βιοσυμβατά, γεγονός που θα μπορούσε να επιτρέψει την άμεση εφαρμογή τους σε ιατρικά περιβάλλοντα στο μέλλον."

Καθώς το εργαστήριο Ren συνεχίζει να στηρίζεται στην πλατφόρμα, αναγνωρίζουν ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να ωφελήσει ένα ευρύ κοινό, συμπεριλαμβανομένης της κοινότητας βιορομποτικών, κλινικών και ιατρικών ερευνητών που μελετούν πώς λειτουργούν οι βλεφαρίδες σε ασθένειες όπως η πρωτοπαθής βλεφαροειδής δυσκινησία ή η παχύρρευστη βλέννα της κυστικής ίνωσης. Συγκεκριμένα, τα CiliaBots μπορούν να κατασκευαστούν από κύτταρα των ίδιων των ασθενών, τα οποία θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία εξατομικευμένων θεραπευτικών φορέων χωρίς τον κίνδυνο απόρριψης του ανοσοποιητικού.

Η ευελιξία είναι σημαντική γιατί το σώμα είναι ένα πολύπλοκο περιβάλλον. Η κυτταρική παροχή θεραπευτικών έχει μεγάλες δυνατότητες, αλλά χωρίς κατάλληλο μηχανισμό προώθησης, τα κύτταρα μπορούν εύκολα να κολλήσουν. Έχουμε δημιουργήσει ένα μονοπάτι που μπορούν να χρησιμοποιήσουν οι άνθρωποι για τον έλεγχο της κινητικότητας του CiliaBot. Τα CiliaBots μας βοηθούν να κατανοήσουμε τον αντίκτυπο των περιβαλλοντικών κινδύνων στην υγεία και να διευκολύνουν την in vivo θεραπευτική παράδοση. Έχουν ένα ευρύ φάσμα πιθανών χρήσεων και είναι συναρπαστικό να συμμετέχεις στην ανάπτυξή τους».

Xi (Charlie) Ren, αναπληρωτής καθηγητής βιοϊατρικής μηχανικής

Πηγές: