Inženirji ustvarjajo dizajnerske biobote iz človeških pljučnih celic

Inženirji ustvarjajo dizajnerske biobote iz človeških pljučnih celic

V laboratoriju Ren na Univerzi Carnegie Mellon trenutno razvijajo popolnoma nov tehnični pristop k razvoju bioloških robotov "dizajnerjev", ki uporabljajo celice človeških pljuč. Ti mikrorazsežni živi roboti, imenovani AggreBots, bodo morda nekega dne lahko prečkali zapletena okolja telesa in izvajali želene terapevtske ali mehanske posege, ko bo dosežen boljši nadzor nad njihovimi vzorci gibanja. V novi študiji, objavljeni vZnanstveni napredekSkupina ponuja novo platformo za tkivni inženiring, ki jo je mogoče uporabiti za doseganje prilagodljive gibljivosti v AggreBotih z aktivnim nadzorom njihovih strukturnih parametrov.

Bioboti so mikroskopski biološki stroji, ki jih je izdelal človek, ki se premikajo avtonomno in jih je mogoče programirati za opravljanje določenih nalog ali vedenja. Do sedaj se je spodbujanje mobilnosti biobotov osredotočalo na uporabo mišičnih vlaken, ki jim omogočajo, da se premikajo kot prave mišice s krčenjem in sproščanjem.

Nov, alternativni aktivacijski mehanizem je mogoče najti z uporabo cilij, nanoskopskih, lasu podobnih, organskih propelerjev, ki neprekinjeno premikajo tekočine v telesu (npr. v pljučih) in pomagajo vodnemu življenju, npr.Paramecijali glavnik žele, plavati. Vendar pa se je izkazalo, da je iskanje zanesljivega načina za nadzor natančne oblike in strukture biobota, ki ga poganjajo migetalke (na kratko CiliaBot), in s tem njegovih rezultatov gibljivosti, težko.

Laboratorij Ren je uvedel novo modularno strategijo sestavljanja za CiliaBots z uporabo prostorsko nadzorovane agregacije tkivnih sferoidov, ki jih laboratorij proizvaja iz matičnih celic pljuč. Z uporabo te strategije lahko ti združeni CiliaBoti (AggreBots) vključujejo sferoide matičnih celic, ki nosijo genetsko mutacijo, zaradi katere so migetalke nefunkcionalne in nepremične v določenih regijah.

Dhruv Bhattaram, glavni avtor prispevka in biomedicinski inženiring Ph.D. Študent je postopek primerjal z odstranjevanjem vesla z izbranih točk na čolnu med veslanjem.

Z našimi AggreBoti razvijamo alternativno metodo oskrbe tkiv biobotov z energijo. S postopkom spajanja različnih sferoidov v različne oblike in vključevanjem nefunkcionalnih sferoidov lahko prvič natančno nadzorujemo položaj in frekvenco propelerjev cilij na površini tkiva, da nadzorujemo obnašanje CiliaBot. To je pomemben napredek, v katerega lahko mi in drugi vložimo čas, da dosežemo produktivne rezultate.«

Dhruv Bhattaram, prvi avtor članka

»Pristop Aggrebots prinaša novo oblikovno dimenzijo za te vrste biobotov in biohibridnih robotov,« je dodala Victoria Webster-Wood, izredna profesorica strojništva. "Zmožnost modularnega združevanja različnih ciliiranih in neciliiranih elementov bo prihodnjim raziskovalcem omogočila ustvarjanje biobotov s posebnimi tehničnimi vzorci gibanja. Ker so Aggreboti v celoti izdelani iz bioloških materialov, so naravno biološko razgradljivi in ​​biokompatibilni, kar bi lahko omogočilo njihovo neposredno uporabo v medicinskih okoljih v prihodnosti."

Ko laboratorij Ren še naprej gradi na platformi, se zavedajo, da bi tehnologija lahko koristila širokemu občinstvu, vključno s skupnostjo biorobotikov, kliniki in medicinskimi raziskovalci, ki preučujejo, kako migetalke delujejo pri boleznih, kot je primarna ciliarna diskinezija ali v gosti, zelo viskozni sluzi cistične fibroze. Zlasti CiliaBots je mogoče izdelati iz pacientovih lastnih celic, ki bi jih lahko uporabili za ustvarjanje prilagojenih terapevtskih nosilcev brez tveganja imunske zavrnitve.

Prilagodljivost je pomembna, saj je telo kompleksno okolje. Celična dostava terapevtikov ima velik potencial, vendar brez ustreznega pogonskega mehanizma lahko celice zlahka obtičijo. Vzpostavili smo pot, ki jo lahko ljudje uporabljajo za nadzor gibljivosti CiliaBot. CiliaBots nam pomagajo razumeti vpliv okoljskih nevarnosti na zdravje in olajšajo terapevtsko dostavo in vivo. Imajo širok spekter možnih uporab in vznemirljivo je biti del njihovega razvoja.«

Xi (Charlie) Ren, izredni profesor biomedicinskega inženirstva

Viri: