Insinöörit luovat suunnittelijabiobotteja ihmisen keuhkosoluista

Insinöörit luovat suunnittelijabiobotteja ihmisen keuhkosoluista

Carnegie Mellonin yliopiston Ren-laboratoriossa kehitetään parhaillaan täysin uutta teknistä lähestymistapaa ihmisen keuhkosoluja käyttävien biologisten "suunnittelijarobottien" kehittämiseen. Nämä mikromittakaavaiset elävät robotit, nimeltään AggreBots, voivat jonain päivänä kyetä kulkemaan kehon monimutkaisissa ympäristöissä suorittaakseen haluttuja terapeuttisia tai mekaanisia toimenpiteitä, kun niiden liikemallit saadaan paremmin hallintaan. Uudessa tutkimuksessa, joka julkaistiin vuonnaTieteelliset edistysaskeleetRyhmä tarjoaa uudenlaisen kudostekniikan alustan, jota voidaan käyttää mukautettavan liikkuvuuden saavuttamiseen AggreBoteissa säätelemällä aktiivisesti niiden rakenteellisia parametreja.

Biobotit ovat mikroskooppisia, ihmisen valmistamia biologisia koneita, jotka liikkuvat itsenäisesti ja ovat ohjelmoitavissa suorittamaan tiettyjä tehtäviä tai käyttäytymistä. Tähän asti biobottien liikkuvuuden edistämisessä on keskitytty käyttämään lihaskuituja, joiden avulla ne voivat liikkua kuin oikeat lihakset supistumisen ja rentoutumisen kautta.

Uusi, vaihtoehtoinen käyttömekanismi voidaan löytää käyttämällä värejä, nanoskooppisia, karvamaisia, orgaanisia potkureita, jotka liikuttavat jatkuvasti nesteitä kehossa (esim. keuhkoissa) ja auttavat jonkin verran vesieliöitä, esim.Parameciumtai kammata hyytelöitä, uida. Luotettavan tavan löytäminen väreillä toimivan biobotin (lyhennettynä CiliaBot) ja siten sen liikkuvuustulosten tarkan muodon ja rakenteen hallitsemiseksi on kuitenkin osoittautunut vaikeaksi.

Renin laboratorio loi CiliaBotsille uuden modulaarisen kokoamisstrategian käyttämällä kudossferoidien spatiaalisesti ohjattua aggregaatiota, jota laboratorio tuottaa keuhkojen kantasoluista. Tätä strategiaa käyttämällä nämä aggregoidut CiliaBots (AggreBots) voivat sisältää kantasolujen sferoideja, jotka sisältävät geneettisen mutaation, joka tekee väreistä toimintakyvyttömiä ja liikkumattomia tietyillä alueilla.

Dhruv Bhattaram, pääkirjoittaja paperin ja biolääketieteen tekniikan Ph.D. Opiskelija vertasi prosessia airojen poistamiseen valituista kohdista soutuveneessä melonnan aikana.

AggreBotidemme avulla kehitämme vaihtoehtoista tapaa toimittaa energiaa biobotin kudoksiin. Yhdistämällä erilaisia ​​sferoideja eri muotoihin ja sisällyttämällä niihin ei-toiminnallisia sferoideja, voimme ensimmäistä kertaa tarkasti ohjata kudoksen pinnalla olevien värekarvopotkurien sijaintia ja taajuutta CiliaBotin käyttäytymisen hallitsemiseksi. Tämä on tärkeä edistysaskel, johon me ja muut voimme sijoittaa aikaa tuottavien tulosten saavuttamiseksi."

Dhruv Bhattaram, artikkelin ensimmäinen kirjoittaja

"Aggrebots-lähestymistapa tuo uudenlaisen suunnitteluulottuvuuden tämäntyyppisiin biobotteihin ja biohybridirobotteihin", lisäsi konetekniikan apulaisprofessori Victoria Webster-Wood. "Kyky yhdistää modulaarisesti erilaisia ​​värekkäisiä ja ei-väristen elementtejä antaa tuleville tutkijoille mahdollisuuden luoda biobotteja, joilla on tietyt tekniset liikemallit. Koska Aggrebotit on valmistettu kokonaan biologisista materiaaleista, ne ovat luonnostaan ​​biohajoavia ja bioyhteensopivia, mikä voisi mahdollistaa niiden suoran käytön lääketieteellisissä ympäristöissä tulevaisuudessa."

Renin laboratorion jatkaessa rakentamista alustalle he ymmärtävät, että teknologiasta voisi olla hyötyä laajalle yleisölle, mukaan lukien biorobotiikan yhteisö, kliinikkoja ja lääketieteen tutkijoita, jotka tutkivat värekarvojen toimintaa sairauksissa, kuten primaarisessa värekarvojen dyskinesissa tai kystisen fibroosin paksussa, erittäin viskoosisessa limassa. Erityisesti CiliaBotteja voidaan valmistaa potilaiden omista soluista, joita voidaan käyttää yksilöllisten terapeuttisten kantajien luomiseen ilman immuunihylkimisriskiä.

Joustavuus on tärkeää, koska keho on monimutkainen ympäristö. Terapeuttisten aineiden soluvälityksellä on suuri potentiaali, mutta ilman asianmukaista propulsiomekanismia solut voivat helposti juuttua. Olemme luoneet polun, jonka avulla ihmiset voivat hallita CiliaBotin liikkuvuutta. CiliaBots auttaa meitä ymmärtämään ympäristöhaittojen vaikutusta terveyteen ja helpottamaan in vivo -hoitoa. Niillä on laaja valikoima käyttömahdollisuuksia, ja on jännittävää olla osana niiden kehitystä.”

Xi (Charlie) Ren, biolääketieteen tekniikan apulaisprofessori

Lähteet: