Engenheiros criam biobots projetados a partir de células pulmonares humanas

Engenheiros criam biobots projetados a partir de células pulmonares humanas

Uma abordagem técnica completamente nova para o desenvolvimento de robôs biológicos “projetados” usando células pulmonares humanas está atualmente sendo desenvolvida no laboratório Ren da Universidade Carnegie Mellon. Esses robôs vivos em microescala, chamados AggreBots, poderão um dia ser capazes de atravessar os ambientes complexos do corpo para realizar as intervenções terapêuticas ou mecânicas desejadas, uma vez alcançado um melhor controle sobre seus padrões de movimento. Em um novo estudo publicado emAvanços científicosO grupo fornece uma nova plataforma de engenharia de tecidos que pode ser usada para obter motilidade personalizável em AggreBots, controlando ativamente seus parâmetros estruturais.

Biobots são máquinas biológicas microscópicas feitas pelo homem que se movem de forma autônoma e são programáveis ​​para executar tarefas ou comportamentos específicos. Até agora, a promoção da mobilidade dos biobots centrou-se na utilização de fibras musculares que lhes permitem mover-se como músculos reais através da contracção e do relaxamento.

Um novo mecanismo de atuação alternativo pode ser encontrado através do uso de cílios, as hélices orgânicas nanoscópicas, semelhantes a cabelos, que movem continuamente fluidos no corpo (por exemplo, nos pulmões) e auxiliam alguma vida aquática, por exemplo.Paramécioou pentear geleias, nadar. No entanto, encontrar uma maneira confiável de controlar a forma e a estrutura precisas de um biobot movido a cílios (abreviadamente CiliaBot) e, portanto, seus resultados de motilidade tem se mostrado difícil.

O laboratório Ren foi pioneiro em uma nova estratégia de montagem modular para CiliaBots usando agregação controlada espacialmente de esferóides de tecido que o laboratório produz a partir de células-tronco pulmonares. Usando esta estratégia, esses CiliaBots agregados (AggreBots) podem incorporar esferóides de células-tronco que carregam uma mutação genética que torna os cílios disfuncionais e imóveis em certas regiões.

Dhruv Bhattaram, autor principal do artigo e Ph.D. em engenharia biomédica. O aluno comparou o processo à remoção dos remos de pontos selecionados em um barco a remo enquanto remava.

Com nossos AggreBots, estamos avançando em um método alternativo de fornecimento de energia aos tecidos dos biobots. Através do processo de fusão de diferentes esferóides em diferentes formas e incorporação de esferóides não funcionais, podemos pela primeira vez controlar com precisão a posição e a frequência das hélices ciliares na superfície do tecido para controlar o comportamento do CiliaBot. Este é um avanço crítico no qual nós e outros podemos investir tempo para alcançar resultados produtivos.”

Dhruv Bhattaram, primeiro autor do artigo

“A abordagem Aggrebots traz uma nova dimensão de design para esses tipos de biobots e robôs biohíbridos”, acrescentou Victoria Webster-Wood, professora associada de engenharia mecânica. "A capacidade de combinar modularmente diferentes elementos ciliados e não ciliados permitirá que futuros pesquisadores criem biobots com padrões de movimento técnico específicos. Como os Aggrebots são feitos inteiramente de materiais biológicos, eles são naturalmente biodegradáveis ​​e biocompatíveis, o que poderá permitir sua aplicação direta em ambientes médicos no futuro."

À medida que o laboratório Ren continua a desenvolver a plataforma, eles reconhecem que a tecnologia pode beneficiar um público amplo, incluindo a comunidade de biorobótica, médicos e pesquisadores médicos que estudam como os cílios funcionam em doenças como a discinesia ciliar primária ou no muco espesso e altamente viscoso da fibrose cística. Em particular, os CiliaBots podem ser produzidos a partir de células dos próprios pacientes, que poderiam ser usadas para criar transportadores terapêuticos personalizados sem o risco de rejeição imunológica.

A flexibilidade é importante porque o corpo é um ambiente complexo. A entrega celular de produtos terapêuticos tem um grande potencial, mas sem um mecanismo de propulsão apropriado, as células podem facilmente ficar presas. Estabelecemos um caminho que as pessoas podem usar para controlar a motilidade do CiliaBot. Os CiliaBots nos ajudam a compreender o impacto dos riscos ambientais na saúde e facilitam a administração terapêutica in vivo. Eles têm uma ampla gama de usos potenciais e é emocionante fazer parte de seu desenvolvimento.”

Xi (Charlie) Ren, professor associado de engenharia biomédica

Fontes: