Insenerid loovad inimese kopsurakkudest disainerbioboteid

Insenerid loovad inimese kopsurakkudest disainerbioboteid

Carnegie Melloni ülikooli Ren laboris töötatakse praegu välja täiesti uut tehnilist lähenemist inimese kopsurakke kasutavate bioloogiliste "disainerrobotite" arendamiseks. Need mikromõõtmelised elavad robotid, mida nimetatakse AggreBotideks, võivad ühel päeval olla võimelised läbima keha keerulisi keskkondi, et viia läbi soovitud terapeutilisi või mehaanilisi sekkumisi, kui on saavutatud parem kontroll nende liikumismustrite üle. aastal avaldatud uues uuringusTeaduse edusammudRühm pakub uudset koetehnoloogia platvormi, mida saab kasutada AggreBotsis kohandatava liikuvuse saavutamiseks, kontrollides aktiivselt nende struktuuriparameetreid.

Biobotid on mikroskoopilised, inimese loodud bioloogilised masinad, mis liiguvad autonoomselt ja on programmeeritavad konkreetsete ülesannete või käitumisviiside täitmiseks. Seni on biobotite liikuvuse edendamine keskendunud lihaskiudude kasutamisele, mis võimaldavad neil kontraktsioonide ja lõdvestuste kaudu liikuda nagu päris lihased.

Uudse alternatiivse käitamismehhanismi võib leida ripsmete, nanoskoopiliste, karvalaadsete orgaaniliste propellerite abil, mis liigutavad pidevalt vedelikke kehas (nt kopsudes) ja aitavad kaasa vee-elustikule, nt.Parametsiumvõi kammige želeed, ujuge. Siiski on osutunud keeruliseks usaldusväärse viisi leidmine ripsmetel töötava bioboti (lühidalt CiliaBot) täpse kuju ja struktuuri ning seetõttu ka selle liikuvuse kontrollimiseks.

Reni labor lõi CiliaBotsi jaoks uudse modulaarse kokkupanekustrateegia, kasutades ruumiliselt kontrollitud kudede sferoidide agregatsiooni, mida labor toodab kopsu tüvirakkudest. Seda strateegiat kasutades võivad need koondatud CiliaBotid (AggreBots) sisaldada tüvirakkude sferoide, mis kannavad geneetilist mutatsiooni, mis muudab ripsmed teatud piirkondades düsfunktsionaalseks ja liikumatuks.

Dhruv Bhattaram, paberi juhtiv autor ja biomeditsiinitehnika Ph.D. Õpilane võrdles protsessi sõudepaadi valitud punktidest aerude eemaldamisega aerutamise ajal.

Meie AggreBotidega arendame alternatiivset meetodit biobotite kudede energiaga varustamiseks. Erinevate sferoidide erineva kujuga sulatamise ja mittefunktsionaalsete sferoidide kaasamise kaudu saame esimest korda täpselt kontrollida ripsmete propellerite asukohta ja sagedust koe pinnal, et kontrollida CiliaBoti käitumist. See on oluline edusamm, millesse saame meie ja teised investeerida aega, et saavutada tootlikke tulemusi.

Dhruv Bhattaram, artikli esimene autor

"Aggrebotsi lähenemine toob seda tüüpi biobotidele ja biohübriidrobotidele uue disainimõõtme," lisas masinaehituse dotsent Victoria Webster-Wood. "Võimalus kombineerida modulaarselt erinevaid ripsmelisi ja mitteripsmelisi elemente võimaldab tulevastel teadlastel luua spetsiifiliste tehniliste liikumismustritega bioboteid. Kuna Aggrebotid on valmistatud täielikult bioloogilistest materjalidest, on need looduslikult biolagunevad ja bioühilduvad, mis võib tulevikus võimaldada nende otsest kasutamist meditsiinikeskkonnas."

Kuna Ren labor jätkab platvormi arendamist, tunnistavad nad, et tehnoloogia võib olla kasulik laiale publikule, sealhulgas biorobootika kogukonnale, arstidele ja meditsiiniteadlastele, kes uurivad, kuidas ripsmed toimivad selliste haiguste korral nagu primaarne tsiliaarne düskineesia või tsüstilise fibroosi paks, väga viskoosne lima. Eelkõige saab CiliaBotsid valmistada patsientide enda rakkudest, mida saaks kasutada isikupärastatud terapeutiliste kandjate loomiseks ilma immuunsüsteemi äratõukereaktsiooni ohuta.

Paindlikkus on oluline, sest keha on keeruline keskkond. Terapeutiliste ravimite rakkude kohaletoimetamisel on suur potentsiaal, kuid ilma sobiva tõukemehhanismita võivad rakud kergesti kinni jääda. Oleme loonud raja, mida inimesed saavad kasutada CiliaBoti motoorika kontrollimiseks. CiliaBots aitavad meil mõista keskkonnaohtude mõju tervisele ja hõlbustavad in vivo terapeutilist kohaletoimetamist. Neil on lai valik kasutusvõimalusi ja nende arenduses on põnev osaleda.

Xi (Charlie) Ren, biomeditsiinitehnika dotsent

Allikad: