Inženieri izveido dizaineru biobotus no cilvēka plaušu šūnām

Inženieri izveido dizaineru biobotus no cilvēka plaušu šūnām

Kārnegija Melona universitātes Ren laboratorijā pašlaik tiek izstrādāta pilnīgi jauna tehniska pieeja bioloģisko "dizaineru" robotu izstrādei, izmantojot cilvēka plaušu šūnas. Šie mikromēroga dzīvie roboti, ko sauc par AggreBots, kādu dienu var šķērsot ķermeņa sarežģīto vidi, lai veiktu vēlamo terapeitisko vai mehānisko iejaukšanos, tiklīdz tiks panākta labāka kontrole pār to kustību modeļiem. Jaunā pētījumā, kas publicētsZinātnes sasniegumiGrupa nodrošina jaunu audu inženierijas platformu, ko var izmantot, lai panāktu pielāgojamu AggreBots kustīgumu, aktīvi kontrolējot to strukturālos parametrus.

Bioboti ir mikroskopiskas, cilvēka radītas bioloģiskas mašīnas, kas pārvietojas autonomi un ir programmējamas, lai veiktu konkrētus uzdevumus vai uzvedību. Līdz šim biobotu mobilitātes veicināšana bija vērsta uz muskuļu šķiedru izmantošanu, kas ļauj tiem kustēties kā īstiem muskuļiem kontrakcijas un relaksācijas ceļā.

Jaunu, alternatīvu iedarbināšanas mehānismu var atrast, izmantojot skropstas, nanoskopiskus, matiem līdzīgus, organiskus dzenskrūves, kas nepārtraukti pārvieto šķidrumus organismā (piemēram, plaušās) un palīdz dažiem ūdens organismiem, piemēram,Paramēcijsvai ķemmēt želejas, peldēt. Tomēr ir bijis grūti atrast uzticamu veidu, kā kontrolēt ar skropstiņiem darbināma biobota (saīsināti CiliaBot) precīzu formu un struktūru un līdz ar to tā kustīgumu.

Ren laboratorija radīja jaunu modulāru montāžas stratēģiju CiliaBots, izmantojot telpiski kontrolētu audu sferoīdu agregāciju, ko laboratorija ražo no plaušu cilmes šūnām. Izmantojot šo stratēģiju, šie apkopotie CiliaBots (AggreBots) var ietvert cilmes šūnu sferoīdus, kuriem ir ģenētiska mutācija, kas noteiktos reģionos padara ciliārus disfunkcionālus un nekustīgus.

Dhruv Bhattaram, darba vadošais autors un biomedicīnas inženierijas Ph.D. Students šo procesu salīdzināja ar airu izņemšanu no izvēlētiem punktiem uz airu laivas airēšanas laikā.

Ar mūsu AggreBots mēs virzām uz priekšu alternatīvu metodi enerģijas piegādei biobotu audiem. Izmantojot dažādu sferoīdu sapludināšanu dažādās formās un nefunkcionālu sferoīdu iekļaušanu, mēs pirmo reizi varam precīzi kontrolēt skropstu dzenskrūves stāvokli un frekvenci uz audu virsmas, lai kontrolētu CiliaBot uzvedību. Tas ir būtisks sasniegums, kurā mēs un citi varam ieguldīt laiku, lai sasniegtu produktīvus rezultātus.

Dhruv Bhattaram, raksta pirmais autors

"Aggrebots pieeja sniedz jaunu dizaina dimensiju šāda veida biobotiem un biohibrīda robotiem," piebilda mašīnbūves asociētā profesore Viktorija Vebstere-Vuda. "Spēja modulāri kombinēt dažādus ciliātus un neciliātus elementus ļaus nākamajiem pētniekiem izveidot biobotus ar specifiskiem tehniskiem kustību modeļiem. Tā kā Aggrebots ir pilnībā izgatavots no bioloģiskiem materiāliem, tie ir dabiski bioloģiski noārdāmi un bioloģiski saderīgi, kas nākotnē varētu nodrošināt to tiešu pielietojumu medicīnas vidē."

Während das Ren-Labor weiterhin auf der Plattform aufbaut, erkennen sie an, dass die Technologie einem breiten Publikumskreis zugute kommen könnte, einschließlich der Biorobotik-Gemeinschaft, Klinikern und medizinischen Forschern, die untersuchen, wie Zilien bei Krankheiten wie primärer Ziliardyskinesie oder im dicken, hochviskosen Schleim von Mukoviszidose wirken. Insbesondere können CiliaBots aus patienteneigenen Zellen hergestellt werden, die zur Herstellung personalisierter therapeutischer Träger verwendet werden könnten, ohne das Risiko einer Immunabstoßung einzugehen.

Elastība ir svarīga, jo ķermenis ir sarežģīta vide. Terapeitisko līdzekļu piegādei šūnās ir liels potenciāls, taču bez atbilstoša piedziņas mehānisma šūnas var viegli iestrēgt. Mēs esam izveidojuši ceļu, ko cilvēki var izmantot, lai kontrolētu CiliaBot kustīgumu. CiliaBots palīdz mums izprast vides apdraudējumu ietekmi uz veselību un atvieglo in vivo terapeitisko piegādi. Tiem ir plašs potenciālo lietojumu klāsts, un ir aizraujoši piedalīties to attīstībā.

Sji (Čārlijs) Rens, biomedicīnas inženierijas asociētais profesors

Avoti: