Inžinieri vytvárajú dizajnérskych biobotov z ľudských pľúcnych buniek

Inžinieri vytvárajú dizajnérskych biobotov z ľudských pľúcnych buniek

V laboratóriu Ren na Carnegie Mellon University sa v súčasnosti vyvíja úplne nový technický prístup k vývoju biologických „konštruktérskych“ robotov využívajúcich ľudské pľúcne bunky. Tieto mikroroboty, nazývané AggreBots, môžu byť jedného dňa schopné prechádzať komplexným prostredím tela a vykonávať požadované terapeutické alebo mechanické zásahy, keď sa dosiahne lepšia kontrola nad ich pohybovými vzormi. V novej štúdii publikovanej vVedecké pokrokySkupina poskytuje novú platformu tkanivového inžinierstva, ktorú možno použiť na dosiahnutie prispôsobiteľnej motility v AggreBots aktívnou kontrolou ich štrukturálnych parametrov.

Bioboty sú mikroskopické biologické stroje vyrobené človekom, ktoré sa pohybujú autonómne a sú programovateľné na vykonávanie špecifických úloh alebo správania. Až doteraz sa podpora mobility biobotov zameriavala na používanie svalových vlákien, ktoré im umožňujú pohybovať sa ako skutočné svaly prostredníctvom kontrakcie a relaxácie.

Nový, alternatívny mechanizmus aktivácie možno nájsť pomocou mihalníc, nanoskopických organických vrtúľ podobných vlasom, ktoré nepretržite pohybujú tekutinami v tele (napr. v pľúcach) a pomáhajú niektorým vodným organizmom, napr.Parameciumalebo česať želé, plávať. Ukázalo sa však, že je ťažké nájsť spoľahlivý spôsob, ako kontrolovať presný tvar a štruktúru biobota poháňaného riasami (skrátene CiliaBot), a teda aj jeho pohyblivosť.

Laboratórium Ren bolo priekopníkom novej modulárnej stratégie zostavovania pre CiliaBots pomocou priestorovo riadenej agregácie tkanivových sféroidov, ktoré laboratórium produkuje z pľúcnych kmeňových buniek. Pomocou tejto stratégie môžu tieto agregované CiliaBots (AggreBots) začleniť sféroidy kmeňových buniek, ktoré nesú genetickú mutáciu, ktorá spôsobuje, že riasy sú v určitých oblastiach nefunkčné a nepohyblivé.

Dhruv Bhattaram, hlavný autor článku a biomedicínskeho inžinierstva Ph.D. Študent prirovnal postup k odstraňovaniu vesiel z vybraných bodov na veslici pri pádlovaní.

S našimi AggreBots posúvame vpred alternatívny spôsob dodávania energie tkanivám biobotov. Procesom spájania rôznych sféroidov do rôznych tvarov a začleňovaním nefunkčných sféroidov môžeme po prvý raz presne kontrolovať polohu a frekvenciu vrtuliek riasiniek na povrchu tkaniva, aby sme mohli ovládať správanie CiliaBot. Ide o zásadný pokrok, do ktorého môžeme my a ostatní investovať čas, aby sme dosiahli produktívne výsledky.“

Dhruv Bhattaram, prvý autor článku

„Prístup Aggrebots prináša do týchto typov biobotov a biohybridných robotov nový rozmer dizajnu,“ dodala Victoria Webster-Wood, docentka strojárstva. "Schopnosť modulárne kombinovať rôzne ciliované a neciliované prvky umožní budúcim výskumníkom vytvárať bioboty so špecifickými technickými pohybovými vzormi. Pretože sú Aggreboty vyrobené výlučne z biologických materiálov, sú prirodzene biologicky odbúrateľné a biokompatibilné, čo by mohlo v budúcnosti umožniť ich priamu aplikáciu v medicínskom prostredí."

Keďže laboratórium Ren pokračuje v budovaní platformy, uznávajú, že táto technológia by mohla byť prínosom pre široké publikum, vrátane biorobotickej komunity, lekárov a lekárskych výskumníkov, ktorí študujú, ako fungujú mihalnice pri chorobách, ako je primárna ciliárna dyskinéza alebo v hustom, vysoko viskóznom hliene cystickej fibrózy. Najmä CiliaBots môžu byť vyrobené z vlastných buniek pacientov, ktoré by sa mohli použiť na vytvorenie personalizovaných terapeutických nosičov bez rizika imunitného odmietnutia.

Flexibilita je dôležitá, pretože telo je zložité prostredie. Bunková dodávka terapeutík má veľký potenciál, ale bez vhodného hnacieho mechanizmu môžu bunky ľahko uviaznuť. Vytvorili sme cestu, ktorú môžu ľudia použiť na ovládanie motility CiliaBot. CiliaBots nám pomáhajú pochopiť vplyv environmentálnych rizík na zdravie a uľahčujú in vivo terapeutické podávanie. Majú široké možnosti využitia a je vzrušujúce byť súčasťou ich vývoja.“

Xi (Charlie) Ren, docent biomedicínskeho inžinierstva

Zdroje: