Gli ingegneri creano biobot progettati da cellule polmonari umane

Gli ingegneri creano biobot progettati da cellule polmonari umane

Un approccio tecnico completamente nuovo per lo sviluppo di robot biologici “progettisti” utilizzando cellule polmonari umane è attualmente in fase di sviluppo nel laboratorio Ren della Carnegie Mellon University. Questi robot viventi su microscala, chiamati AggreBots, potrebbero un giorno essere in grado di attraversare gli ambienti complessi del corpo per eseguire gli interventi terapeutici o meccanici desiderati una volta ottenuto un migliore controllo sui loro schemi di movimento. In un nuovo studio pubblicato suProgressi scientificiIl gruppo fornisce una nuova piattaforma di ingegneria tissutale che può essere utilizzata per ottenere una motilità personalizzabile negli AggreBot controllandone attivamente i parametri strutturali.

I biobot sono microscopiche macchine biologiche create dall’uomo che si muovono autonomamente e sono programmabili per eseguire compiti o comportamenti specifici. Fino ad ora, la promozione della mobilità dei biobot si è concentrata sull’utilizzo di fibre muscolari che consentono loro di muoversi come veri muscoli attraverso la contrazione e il rilassamento.

Un nuovo meccanismo di attuazione alternativo può essere trovato attraverso l'uso di ciglia, le eliche organiche nanoscopiche, simili a capelli, che muovono continuamente i fluidi nel corpo (ad esempio nei polmoni) e aiutano alcune forme di vita acquatica, ad esempioParamecioo pettina le gelatine, nuota. Tuttavia, trovare un modo affidabile per controllare la forma e la struttura precise di un biobot alimentato da ciglia (CiliaBot in breve) e quindi i suoi risultati di motilità si è rivelato difficile.

Il laboratorio Ren è stato il pioniere di una nuova strategia di assemblaggio modulare per CiliaBot utilizzando l’aggregazione spazialmente controllata di sferoidi tissutali che il laboratorio produce da cellule staminali polmonari. Usando questa strategia, questi CiliaBots aggregati (AggreBots) possono incorporare sferoidi di cellule staminali che portano una mutazione genetica che rende le ciglia disfunzionali e immobili in alcune regioni.

Dhruv Bhattaram, autore principale dell'articolo e dottorato di ricerca in ingegneria biomedica. Lo studente ha paragonato il processo alla rimozione dei remi da punti selezionati su una barca a remi mentre si pagaia.

Con i nostri AggreBot stiamo sviluppando un metodo alternativo per fornire energia ai tessuti dei biobot. Attraverso il processo di fusione di diversi sferoidi in forme diverse e incorporando sferoidi non funzionali, possiamo per la prima volta controllare con precisione la posizione e la frequenza delle eliche delle ciglia sulla superficie del tessuto per controllare il comportamento di CiliaBot. Questo è un progresso fondamentale in cui noi e altri possiamo investire tempo per ottenere risultati produttivi”.

Dhruv Bhattaram, primo autore dell'articolo

“L’approccio Aggrebots apporta una nuova dimensione progettuale a questi tipi di biobot e robot bioibridi”, ha aggiunto Victoria Webster-Wood, professoressa associata di ingegneria meccanica. "La capacità di combinare in modo modulare diversi elementi ciliati e non ciliati consentirà ai futuri ricercatori di creare biobot con specifici modelli di movimento tecnico. Poiché gli Aggrebot sono realizzati interamente con materiali biologici, sono naturalmente biodegradabili e biocompatibili, il che potrebbe consentire la loro applicazione diretta in ambienti medici in futuro."

Mentre il laboratorio Ren continua a sviluppare la piattaforma, riconosce che la tecnologia potrebbe avvantaggiare un vasto pubblico, compresa la comunità della biorobotica, medici e ricercatori medici che studiano come funzionano le ciglia in malattie come la discinesia ciliare primaria o nel muco denso e altamente viscoso della fibrosi cistica. In particolare, i CiliaBot possono essere ricavati dalle cellule dei pazienti, che potrebbero essere utilizzate per creare vettori terapeutici personalizzati senza il rischio di rigetto immunitario.

La flessibilità è importante perché il corpo è un ambiente complesso. La somministrazione cellulare di sostanze terapeutiche ha un grande potenziale, ma senza un meccanismo di propulsione appropriato, le cellule possono facilmente rimanere bloccate. Abbiamo stabilito un percorso che le persone possono utilizzare per controllare la motilità di CiliaBot. I CiliaBot ci aiutano a comprendere l'impatto dei rischi ambientali sulla salute e facilitano la somministrazione terapeutica in vivo. Hanno una vasta gamma di potenziali usi ed è entusiasmante far parte del loro sviluppo”.

Xi (Charlie) Ren, professore associato di ingegneria biomedica

Fonti: