Inżynierowie tworzą designerskie bioboty z ludzkich komórek płuc

Inżynierowie tworzą designerskie bioboty z ludzkich komórek płuc

W laboratorium Ren na Uniwersytecie Carnegie Mellon opracowywane jest obecnie zupełnie nowe podejście techniczne do opracowywania biologicznych „projektantów” robotów wykorzystujących ludzkie komórki płuc. Te żywe roboty w mikroskali, zwane AggreBotami, być może pewnego dnia będą w stanie przemierzać złożone środowiska organizmu w celu przeprowadzania pożądanych interwencji terapeutycznych lub mechanicznych, gdy tylko uzyskają lepszą kontrolę nad ich wzorcami ruchu. W nowym badaniu opublikowanym wPostęp naukowyGrupa zapewnia nowatorską platformę inżynierii tkankowej, którą można wykorzystać do uzyskania dostosowywalnej mobilności AggreBotów poprzez aktywne kontrolowanie ich parametrów strukturalnych.

Bioboty to mikroskopijne, stworzone przez człowieka maszyny biologiczne, które poruszają się autonomicznie i można je zaprogramować do wykonywania określonych zadań lub zachowań. Do tej pory promowanie mobilności biobotów skupiało się na wykorzystaniu włókien mięśniowych, które pozwalają im poruszać się jak prawdziwe mięśnie poprzez skurcz i relaksację.

Nowatorski, alternatywny mechanizm uruchamiania można znaleźć poprzez zastosowanie rzęsek, nanoskopowych, przypominających włosy, organicznych śmigieł, które w sposób ciągły przemieszczają płyny w organizmie (np. w płucach) i wspomagają niektóre organizmy wodne, np.Pantofeleklub czesać galaretki, pływać. Jednak znalezienie niezawodnego sposobu kontrolowania dokładnego kształtu i struktury biobota napędzanego rzęskami (w skrócie CiliaBot), a tym samym jego motoryki, okazało się trudne.

Laboratorium Ren było pionierem nowatorskiej strategii modułowego montażu CiliaBotów, wykorzystującej przestrzennie kontrolowaną agregację sferoidów tkankowych wytwarzanych przez laboratorium z komórek macierzystych płuc. Stosując tę ​​strategię, te zagregowane CiliaBoty (AggreBots) mogą zawierać sferoidy komórek macierzystych, które niosą mutację genetyczną, która powoduje, że rzęski stają się dysfunkcyjne i unieruchomione w niektórych regionach.

Dhruv Bhattaram, główny autor artykułu i doktorat z inżynierii biomedycznej. Uczeń porównał ten proces do zdejmowania wioseł z wybranych punktów łodzi wiosłowej podczas wiosłowania.

Dzięki naszym AggreBotom rozwijamy alternatywną metodę dostarczania energii do tkanek biobotów. Dzięki procesowi łączenia różnych sferoid w różne kształty i włączania niefunkcjonalnych sferoidów, po raz pierwszy możemy precyzyjnie kontrolować położenie i częstotliwość śmigieł rzęsek na powierzchni tkanki, aby kontrolować zachowanie CiliaBot. Jest to kluczowy postęp, w który my i inni możemy zainwestować czas, aby osiągnąć produktywne wyniki”.

Dhruv Bhattaram, pierwszy autor artykułu

„Podejście Aggrebots nadaje nowy wymiar projektowaniu tego typu biobotom i robotom biohybrydowym” – dodała Victoria Webster-Wood, profesor nadzwyczajny inżynierii mechanicznej. „Możliwość modułowego łączenia różnych elementów orzęskowych i nierzęskowych umożliwi przyszłym badaczom tworzenie biobotów o określonych technicznych wzorcach ruchu. Ponieważ Aggreboty są wykonane w całości z materiałów biologicznych, są w naturalny sposób biodegradowalne i biokompatybilne, co może w przyszłości umożliwić ich bezpośrednie zastosowanie w środowiskach medycznych”.

Laboratorium Ren w dalszym ciągu rozwija platformę i zdaje sobie sprawę, że technologia może przynieść korzyści szerokiemu gronu odbiorców, w tym społeczności biorobotyków, klinicystom i badaczom medycznym badającym funkcjonowanie rzęsek w chorobach takich jak pierwotna dyskineza rzęsek lub w gęstym, bardzo lepkim śluzie mukowiscydozy. W szczególności CiliaBots można zbudować z własnych komórek pacjentów, które można wykorzystać do tworzenia spersonalizowanych nośników terapeutycznych bez ryzyka odrzucenia układu odpornościowego.

Elastyczność jest ważna, ponieważ ciało to złożone środowisko. Komórkowe dostarczanie leków ma ogromny potencjał, ale bez odpowiedniego mechanizmu napędowego komórki mogą łatwo utknąć. Opracowaliśmy ścieżkę, za pomocą której ludzie mogą kontrolować ruchliwość CiliaBota. CiliaBoty pomagają nam zrozumieć wpływ zagrożeń środowiskowych na zdrowie i ułatwiają dostarczanie terapii in vivo. Mają szeroki zakres potencjalnych zastosowań i bycie częścią ich rozwoju jest ekscytujące.

Xi (Charlie) Ren, profesor nadzwyczajny inżynierii biomedycznej

Źródła: