Los ingenieros crean biobots de diseño a partir de células pulmonares humanas

Los ingenieros crean biobots de diseño a partir de células pulmonares humanas

En el laboratorio Ren de la Universidad Carnegie Mellon se está desarrollando actualmente un enfoque técnico completamente nuevo para el desarrollo de robots biológicos "de diseño" que utilizan células pulmonares humanas. Estos robots vivos a microescala, llamados AggreBots, algún día podrán atravesar los complejos entornos del cuerpo para llevar a cabo las intervenciones terapéuticas o mecánicas deseadas una vez que se logre un mejor control sobre sus patrones de movimiento. En un nuevo estudio publicado enAvances científicosEl grupo proporciona una novedosa plataforma de ingeniería de tejidos que se puede utilizar para lograr una motilidad personalizable en AggreBots mediante el control activo de sus parámetros estructurales.

Los biobots son máquinas biológicas microscópicas creadas por humanos que se mueven de forma autónoma y son programables para realizar tareas o comportamientos específicos. Hasta ahora, promover la movilidad de los biobots se ha centrado en utilizar fibras musculares que les permitan moverse como músculos reales mediante contracción y relajación.

Se puede encontrar un mecanismo de actuación novedoso y alternativo mediante el uso de cilios, las hélices orgánicas nanoscópicas, parecidas a pelos, que mueven continuamente los fluidos en el cuerpo (por ejemplo, en los pulmones) y ayudan a algunas formas de vida acuática, por ejemplo.paramecioo peinar medusas, nadar. Sin embargo, ha resultado difícil encontrar una manera confiable de controlar la forma y estructura precisas de un biobot impulsado por cilios (CiliaBot para abreviar) y, por lo tanto, su capacidad de motilidad.

El laboratorio de Ren fue pionero en una novedosa estrategia de ensamblaje modular para CiliaBots utilizando agregación espacialmente controlada de esferoides de tejido que el laboratorio produce a partir de células madre de pulmón. Usando esta estrategia, estos CiliaBots (AggreBots) agregados pueden incorporar esferoides de células madre que portan una mutación genética que hace que los cilios sean disfuncionales e inmóviles en ciertas regiones.

Dhruv Bhattaram, autor principal del artículo y doctorado en ingeniería biomédica. El estudiante comparó el proceso con quitar los remos de puntos seleccionados en un bote de remos mientras remaba.

Con nuestros AggreBots, estamos avanzando en un método alternativo para suministrar energía a los tejidos de los biobots. Mediante el proceso de fusionar diferentes esferoides en diferentes formas e incorporar esferoides no funcionales, por primera vez podemos controlar con precisión la posición y frecuencia de las hélices de los cilios en la superficie del tejido para controlar el comportamiento de CiliaBot. Este es un avance fundamental en el que nosotros y otros podemos invertir tiempo para lograr resultados productivos”.

Dhruv Bhattaram, primer autor del artículo

"El enfoque Aggrebots aporta una nueva dimensión de diseño a este tipo de biobots y robots biohíbridos", añadió Victoria Webster-Wood, profesora asociada de ingeniería mecánica. "La capacidad de combinar de forma modular diferentes elementos ciliados y no ciliados permitirá a los futuros investigadores crear biobots con patrones de movimiento técnicos específicos. Debido a que los Aggrebots están hechos enteramente de materiales biológicos, son naturalmente biodegradables y biocompatibles, lo que podría permitir su aplicación directa en entornos médicos en el futuro".

A medida que el laboratorio Ren continúa construyendo sobre la plataforma, reconocen que la tecnología podría beneficiar a una amplia audiencia, incluida la comunidad de biorrobótica, médicos e investigadores médicos que estudian cómo funcionan los cilios en enfermedades como la discinesia ciliar primaria o en el moco espeso y altamente viscoso de la fibrosis quística. En particular, los CiliaBots pueden fabricarse a partir de células de los propios pacientes, que podrían utilizarse para crear portadores terapéuticos personalizados sin riesgo de rechazo inmunológico.

La flexibilidad es importante porque el cuerpo es un entorno complejo. La administración celular de terapias tiene un gran potencial, pero sin un mecanismo de propulsión adecuado, las células pueden atascarse fácilmente. Hemos establecido una vía que las personas pueden utilizar para controlar la motilidad de CiliaBot. CiliaBots nos ayuda a comprender el impacto de los peligros ambientales en la salud y facilitar la administración terapéutica in vivo. Tienen una amplia gama de usos potenciales y es emocionante ser parte de su desarrollo”.

Xi (Charlie) Ren, profesor asociado de ingeniería biomédica

Fuentes: