Inžinieriai iš žmogaus plaučių ląstelių kuria dizainerių sukurtus biobotus

Inžinieriai iš žmogaus plaučių ląstelių kuria dizainerių sukurtus biobotus

Šiuo metu Carnegie Mellon universiteto Ren laboratorijoje kuriamas visiškai naujas techninis požiūris į biologinių „dizainerių“ robotų kūrimą naudojant žmogaus plaučių ląsteles. Šie mikroskopiniai gyvi robotai, vadinami AggreBots, vieną dieną gali pereiti sudėtingą kūno aplinką, kad atliktų norimas terapines ar mechanines intervencijas, kai bus pasiekta geresnė jų judėjimo kontrolė. Naujame tyrime, paskelbtame mMokslo pažangaGrupė teikia naują audinių inžinerijos platformą, kurią galima naudoti norint pasiekti pritaikomą AggreBots judrumą, aktyviai kontroliuojant jų struktūrinius parametrus.

Biobotai yra mikroskopinės, žmogaus sukurtos biologinės mašinos, kurios juda savarankiškai ir yra programuojamos atlikti konkrečias užduotis ar elgesį. Iki šiol biobotų mobilumo skatinimas buvo sutelktas į raumenų skaidulų naudojimą, leidžiančią jiems susitraukti ir atsipalaiduojant judėti kaip tikriems raumenims.

Naują alternatyvų veikimo mechanizmą galima rasti naudojant blakstienas, nanoskopinius, į plaukus panašius organinius sraigtus, kurie nuolat judina skysčius kūne (pvz., plaučiuose) ir padeda kai kuriems vandens gyvūnams, pvz.Parameciumarba šukuoti drebučius, plaukti. Tačiau rasti patikimą būdą valdyti tikslią blakstienomis varomo bioboto (sutrumpintai CiliaBot) formą ir struktūrą, taigi ir jo judėjimo rezultatus, buvo sunku.

Ren laboratorija sukūrė naują modulinę CiliaBots surinkimo strategiją, naudojant erdviniu būdu kontroliuojamą audinių sferoidų, kuriuos laboratorija gamina iš plaučių kamieninių ląstelių, agregaciją. Naudojant šią strategiją, šie agreguoti CiliaBots (AggreBots) gali įtraukti kamieninių ląstelių sferoidus, turinčius genetinę mutaciją, dėl kurios tam tikruose regionuose blakstiena neveikia ir tampa nejudri.

Dhruv Bhattaram, pagrindinis šio straipsnio autorius ir biomedicinos inžinerijos mokslų daktaras. Mokinys palygino procesą su irklų išėmimu iš pasirinktų taškų irklinėje valtyje irkluojant.

Naudodami „AggreBots“ plėtojame alternatyvų energijos tiekimo bioboto audiniams metodą. Sujungdami skirtingus sferoidus į skirtingas formas ir įtraukdami neveikiančius sferoidus, pirmą kartą galime tiksliai kontroliuoti blakstienų sraigtų padėtį ir dažnį audinio paviršiuje, kad būtų galima kontroliuoti CiliaBot elgesį. Tai esminė pažanga, į kurią mes ir kiti galime skirti laiko, kad pasiektume produktyvių rezultatų.

Dhruv Bhattaram, pirmasis straipsnio autorius

„Aggrebots metodas suteikia naują dizaino dimensiją šių tipų biobotams ir biohibridiniams robotams“, – pridūrė mechanikos inžinerijos docentė Victoria Webster-Wood. "Gebėjimas moduliniu būdu derinti skirtingus blakstienas ir neblakstienas elementus leis būsimiems tyrėjams sukurti biobotus su specifiniais techniniais judėjimo modeliais. Kadangi "Aggrebots" yra pagaminti tik iš biologinių medžiagų, jie yra natūraliai biologiškai skaidūs ir biologiškai suderinami, o tai ateityje galėtų juos tiesiogiai pritaikyti medicinos aplinkoje.

Reno laboratorijai toliau plėtojant platformą, jie pripažįsta, kad ši technologija gali būti naudinga plačiajai auditorijai, įskaitant biorobotikos bendruomenę, gydytojus ir medicinos tyrėjus, tyrinėjančius, kaip blakstienas veikia sergant tokiomis ligomis kaip pirminė ciliarinė diskinezija arba tirštuose, labai klampiuose cistinės fibrozės gleivėse. Visų pirma, „CiliaBots“ gali būti gaminami iš pačių pacientų ląstelių, kurios galėtų būti naudojamos kuriant individualizuotus terapinius nešiklius be imuninio atmetimo rizikos.

Lankstumas yra svarbus, nes kūnas yra sudėtinga aplinka. Terapinių medžiagų pristatymas į ląsteles turi didelį potencialą, tačiau be tinkamo varymo mechanizmo ląstelės gali lengvai įstrigti. Mes sukūrėme būdą, kuriuo žmonės gali kontroliuoti CiliaBot judrumą. „CiliaBots“ padeda suprasti aplinkos pavojų poveikį sveikatai ir palengvina terapinį pristatymą in vivo. Jie turi platų potencialų panaudojimo spektrą ir įdomu būti jų plėtros dalimi.

Xi (Charlie) Ren, biomedicinos inžinerijos docentas

Šaltiniai: