Inginerii creează bioboți de designer din celule pulmonare umane

Inginerii creează bioboți de designer din celule pulmonare umane

O abordare tehnică complet nouă pentru dezvoltarea roboților biologici „de proiectare” folosind celule pulmonare umane este în prezent dezvoltată în laboratorul Ren de la Universitatea Carnegie Mellon. Acești roboți vii la scară mică, numiți AggreBots, ar putea într-o zi să traverseze mediile complexe ale corpului pentru a efectua intervențiile terapeutice sau mecanice dorite odată ce se obține un control mai bun asupra tiparelor lor de mișcare. Într-un nou studiu publicat înProgrese științificeGrupul oferă o nouă platformă de inginerie tisulară care poate fi utilizată pentru a obține motilitate personalizabilă în AggreBots prin controlul activ al parametrilor lor structurali.

Bioboții sunt mașini biologice microscopice, create de om, care se mișcă autonom și sunt programabile pentru a îndeplini sarcini sau comportamente specifice. Până acum, promovarea mobilității bioboților s-a concentrat pe utilizarea fibrelor musculare care le permit să se miște ca mușchii adevărați prin contracție și relaxare.

Un nou mecanism de acționare alternativ poate fi găsit prin utilizarea cililor, elice organice nanoscopice, asemănătoare părului, care mișcă continuu fluidele în corp (de exemplu, în plămâni) și ajută la o anumită viață acvatică, de ex.Parameciusau pieptene jeleuri, înotă. Cu toate acestea, s-a dovedit dificilă găsirea unei modalități fiabile de a controla forma și structura precisă a unui biobot alimentat cu cili (CiliaBot pe scurt) și, prin urmare, rezultatele sale de motilitate.

Laboratorul Ren a lansat o nouă strategie de asamblare modulară pentru CiliaBots, folosind agregarea controlată spațial a sferoizilor de țesut pe care laboratorul le produce din celulele stem pulmonare. Folosind această strategie, acești CiliaBots agregați (AggreBots) pot încorpora celule stem sferoide care poartă o mutație genetică care face cilii disfuncționali și imobili în anumite regiuni.

Dhruv Bhattaram, autorul principal al lucrării și doctorat în inginerie biomedicală. Elevul a comparat procesul cu îndepărtarea vâslelor din punctele selectate pe o barcă cu vâsle în timp ce vâsla.

Cu AggreBots, promovăm o metodă alternativă de furnizare a energiei țesuturilor bioboților. Prin procesul de fuziune a diferitelor sferoizi în forme diferite și de încorporare a sferoizilor nefuncționali, putem controla pentru prima dată cu precizie poziția și frecvența elicelor cililor pe suprafața țesutului pentru a controla comportamentul CiliaBot. Acesta este un progres critic în care noi și alții putem investi timp pentru a obține rezultate productive.”

Dhruv Bhattaram, primul autor al articolului

„Abordarea Aggrebots aduce o nouă dimensiune de design acestor tipuri de bioboți și roboți biohibrizi”, a adăugat Victoria Webster-Wood, profesor asociat de inginerie mecanică. „Abilitatea de a combina în mod modular diferite elemente ciliate și neciliate va permite viitorilor cercetători să creeze bioboți cu modele tehnice specifice de mișcare. Deoarece Aggreboții sunt fabricați în întregime din materiale biologice, sunt biodegradabili și biocompatibili în mod natural, ceea ce ar putea permite aplicarea lor directă în mediile medicale în viitor”.

Pe măsură ce laboratorul Ren continuă să se bazeze pe platformă, ei recunosc că tehnologia ar putea aduce beneficii unui public larg, inclusiv comunitatea biorobotică, clinicienii și cercetătorii medicali care studiază modul în care funcționează cilii în boli precum diskinezia ciliară primară sau în mucusul gros și foarte vâscos al fibrozei chistice. În special, CiliaBots poate fi fabricat din celulele proprii ale pacienților, care ar putea fi folosite pentru a crea purtători terapeutici personalizați, fără riscul de respingere imunitar.

Flexibilitatea este importantă deoarece corpul este un mediu complex. Livrarea celulară a terapiei are un potențial mare, dar fără un mecanism de propulsie adecvat, celulele se pot bloca cu ușurință. Am stabilit o cale pe care oamenii o pot folosi pentru a controla motilitatea CiliaBot. CiliaBots ne ajută să înțelegem impactul pericolelor de mediu asupra sănătății și să facilităm livrarea terapeutică in vivo. Au o gamă largă de utilizări potențiale și este interesant să faci parte din dezvoltarea lor.”

Xi (Charlie) Ren, profesor asociat de inginerie biomedicală

Surse: