工程师利用人类肺细胞创造设计生物机器人

工程师利用人类肺细胞创造设计生物机器人

卡内基梅隆大学任实验室目前正在开发一种利用人类肺细胞开发生物“设计”机器人的全新技术方法。这些被称为 AggreBots 的微型活体机器人有一天可能能够穿越人体的复杂环境，一旦能够更好地控制它们的运动模式，就能进行所需的治疗或机械干预。在发表于的一项新研究中科学进步该小组提供了一种新颖的组织工程平台，可用于通过主动控制 AggreBots 的结构参数来实现 AggreBots 的可定制运动性。

生物机器人是微观的人造生物机器，可以自主移动，并且可以通过编程来执行特定的任务或行为。到目前为止，促进生物机器人的移动性主要集中在使用肌肉纤维，使它们能够通过收缩和放松像真正的肌肉一样移动。

通过使用纤毛，可以找到一种新颖的替代驱动机制，纤毛是一种纳米级、毛发状的有机螺旋桨，可以连续移动体内（例如肺部）的液体，并帮助一些水生生物，例如草履虫或栉水母，游泳。然而，事实证明，找到一种可靠的方法来控制纤毛驱动的生物机器人（简称 CiliaBot）的精确形状和结构及其运动输出是很困难的。

Ren 实验室首创了一种针对 CiliaBots 的新型模块化组装策略，该策略利用实验室从肺干细胞产生的组织球体的空间控制聚集。使用这种策略，这些聚集的纤毛机器人（AggreBots）可以整合携带基因突变的干细胞球体，使纤毛在某些区域功能失调和无法移动。

Dhruv Bhattaram，该论文的主要作者和生物医学工程博士。学生将该过程与划桨时从划艇上选定的点移开桨进行比较。

借助 AggreBot，我们正在推进一种为生物机器人组织提供能量的替代方法。通过将不同的球体融合成不同形状并纳入非功能性球体的过程，我们首次可以精确控制纤毛推进器在组织表面的位置和频率，从而控制CiliaBot的行为。这是一项重要的进步，我们和其他人可以投入时间来取得富有成效的成果。”

Dhruv Bhattaram，该文章的第一作者

“Aggrebots 方法为这些类型的生物机器人和生物混合机器人带来了新的设计维度，”机械工程副教授 Victoria Webster-Wood 补充道。 “模块化组合不同纤毛和非纤毛元素的能力将使未来的研究人员能够创建具有特定技术运动模式的生物机器人。由于 Aggrebot 完全由生物材料制成，因此它们具有天然的生物可降解性和生物相容性，这可以使其在未来直接应用于医疗环境中。”

随着任实验室继续在该平台上进行建设，他们认识到该技术可以使广大受众受益，包括生物机器人界、临床医生和医学研究人员，研究纤毛如何在原发性纤毛运动障碍或囊性纤维化的浓稠、高粘性粘液等疾病中发挥作用。特别是，CiliaBots 可以由患者自身的细胞制成，可用于创建个性化的治疗载体，而没有免疫排斥的风险。

灵活性很重要，因为身体是一个复杂的环境。细胞治疗药物的传递具有巨大的潜力，但如果没有适当的推进机制，细胞很容易被卡住。我们已经建立了一条人们可以用来控制 CiliaBot 运动的途径。 CiliaBots 帮助我们了解环境危害对健康的影响并促进体内治疗的实施。它们具有广泛的潜在用途，能够参与其开发令人兴奋。”

Xi (Charlie) Ren，生物医学工程副教授

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