Des ingénieurs créent des biobots à partir de cellules pulmonaires humaines

Des ingénieurs créent des biobots à partir de cellules pulmonaires humaines

Une toute nouvelle approche technique pour développer des robots biologiques « de conception » utilisant des cellules pulmonaires humaines est actuellement développée au laboratoire Ren de l’Université Carnegie Mellon. Ces robots vivants à micro-échelle, appelés AggreBots, pourraient un jour être capables de traverser les environnements complexes du corps pour effectuer les interventions thérapeutiques ou mécaniques souhaitées une fois qu'un meilleur contrôle de leurs schémas de mouvement sera obtenu. Dans une nouvelle étude publiée dansAvancées scientifiquesLe groupe propose une nouvelle plateforme d'ingénierie tissulaire qui peut être utilisée pour obtenir une motilité personnalisable dans AggreBots en contrôlant activement leurs paramètres structurels.

Les biobots sont des machines biologiques microscopiques fabriquées par l’homme qui se déplacent de manière autonome et sont programmables pour effectuer des tâches ou des comportements spécifiques. Jusqu’à présent, la promotion de la mobilité des biobots s’est concentrée sur l’utilisation de fibres musculaires qui leur permettent de bouger comme de vrais muscles grâce à la contraction et à la relaxation.

Un nouveau mécanisme d'actionnement alternatif peut être trouvé grâce à l'utilisation de cils, ces hélices organiques nanoscopiques ressemblant à des cheveux qui déplacent continuellement les fluides dans le corps (par exemple dans les poumons) et aident une certaine vie aquatique, par exemple.Paramécieou peigner les gelées, nager. Cependant, trouver un moyen fiable de contrôler la forme et la structure précises d’un biobot alimenté par des cils (CiliaBot en abrégé) et donc ses résultats en matière de motilité s’est avéré difficile.

Le laboratoire Ren a été le pionnier d'une nouvelle stratégie d'assemblage modulaire pour CiliaBots utilisant l'agrégation spatialement contrôlée de sphéroïdes tissulaires que le laboratoire produit à partir de cellules souches pulmonaires. Grâce à cette stratégie, ces CiliaBots agrégés (AggreBots) peuvent incorporer des sphéroïdes de cellules souches qui portent une mutation génétique qui rend les cils dysfonctionnels et immobiles dans certaines régions.

Dhruv Bhattaram, auteur principal de l'article et doctorat en génie biomédical. L'élève a comparé le processus au retrait des rames de points sélectionnés sur une barque pendant qu'il pagayait.

Avec nos AggreBots, nous proposons une méthode alternative pour fournir de l’énergie aux tissus des biobots. Grâce au processus de fusion de différents sphéroïdes sous différentes formes et d'incorporation de sphéroïdes non fonctionnels, nous pouvons pour la première fois contrôler avec précision la position et la fréquence des hélices cils sur la surface des tissus afin de contrôler le comportement de CiliaBot. Il s’agit d’une avancée cruciale dans laquelle nous et d’autres pouvons investir du temps pour obtenir des résultats productifs.

Dhruv Bhattaram, premier auteur de l'article

"L'approche Aggrebots apporte une nouvelle dimension de conception à ces types de biobots et de robots biohybrides", a ajouté Victoria Webster-Wood, professeure agrégée de génie mécanique. "La capacité de combiner de manière modulaire différents éléments ciliés et non ciliés permettra aux futurs chercheurs de créer des biobots avec des schémas de mouvement techniques spécifiques. Les Aggrebots étant entièrement constitués de matériaux biologiques, ils sont naturellement biodégradables et biocompatibles, ce qui pourrait permettre leur application directe dans des environnements médicaux à l'avenir."

Alors que le laboratoire Ren continue de développer la plateforme, il reconnaît que la technologie pourrait bénéficier à un large public, notamment à la communauté de la biorobotique, aux cliniciens et aux chercheurs en médecine qui étudient le fonctionnement des cils dans des maladies telles que la dyskinésie ciliaire primitive ou dans le mucus épais et très visqueux de la mucoviscidose. En particulier, les CiliaBots peuvent être fabriqués à partir des propres cellules des patients, qui pourraient être utilisées pour créer des supports thérapeutiques personnalisés sans risque de rejet immunitaire.

La flexibilité est importante car le corps est un environnement complexe. La délivrance cellulaire de produits thérapeutiques présente un grand potentiel, mais sans un mécanisme de propulsion approprié, les cellules peuvent facilement rester bloquées. Nous avons établi une voie que les gens peuvent utiliser pour contrôler la motilité de CiliaBot. CiliaBots nous aide à comprendre l’impact des risques environnementaux sur la santé et facilite l’administration thérapeutique in vivo. Ils ont un large éventail d’utilisations potentielles et c’est passionnant de participer à leur développement.

Xi (Charlie) Ren, professeur agrégé de génie biomédical

Sources :