باحثون يطورون روبوتات “سبينوبوت” صغيرة باستخدام عضلات وأنسجة الحبل الشوكي للفئران

في تطور غريب و महत्वप في مجال الروبوتات، طور باحثون في جامعة إلينوي في أوربانا-شامبين روبوتات “سبينوبوت” صغيرة قادرة على المشي. وهي مدفوعة bằng عضلات وأنسجة الحبل الشوكي للفئران، والتي تتواجد على الهيكل العظمي الهيدروجيلي ثلاثي الأبعاد المطبوع.

قبل التطورات الجديدة، اعتمدت الروبوتات البيولوجية على انقباض العضلات البسيط للحركة إلى الأمام. مع استخدام الحبل الشوكي في هذه الروبوتات الجديدة، يمكنها المشي بنظام أكثر طبيعية.

مارثا جيليت هي قائدة الدراسة وأستاذة علم الخلايا وعلم الأجنة.

“هذه هي بداية اتجاه نحو أجهزة بيولوجية تفاعلية يمكن أن يكون لها تطبيقات للهندسة العصبية والطب الاستعاضي،” قالت جيليت.

النتائج تم نشرها في مجلة APL Bioengineering.

صنع روبوتات السبينوبوت

为了 بناء روبوتات السبينوبوت، قام الباحثون أولا بطباعة الهيكل العظمي الصغير. كان لديه عمودان يتصرفان كأرجل، بالإضافة إلى “العمود الفقري” المرن. ثم تم زرع الخلايا العضلية في الهيكل العظمي، والتي نمت لتصبح أنسجة عضلية، وتم أخذ قطعة من الحبل الشوكي القطني من الفأر وتكاملها.

كولين كوفمان هو طالب دراسات عليا ومؤلف رئيسي للورقة.

“لقد اخترنا الحبل الشوكي القطني بشكل خاص لأن العمل السابق قد أظهر أن لديه الدوائر التي تتحكم في التناوب الأيمن والأيسر للأطراف السفلية أثناء المشي،” قال كوفمان. “من منظور هندسي، العصبونات ضرورية لتشغيل حركات عضلية معقدة أكثر وتوافقها. كان التحدي الأكثر صعوبة هو أن لا أحد قد ثقاف الحبل الشوكي السليم للفأر من قبل.”

تصميم طريقة لتكامل الحبل الشوكي

طور الباحثون طريقة لاستخراج الحبل الشوكي السليم وثقافته، وكذلك دمجه في الروبوت مع ثقافة الأنسجة العضلية والأعصاب معًا. عند القيام بذلك، كانوا يضمنون أن تشكل العصبونات وصلات مع العضلات.

بعد تصميم الطريقة الجديدة،观察 الباحثون انقباضات عضلية حدثت في روبوتات السبينوبوت. وهذا يعني أن الوصلات العصبية العضلية قد تشكلت، وأن أنواع الخلايا المختلفة كانت تتكلم. لضمان عمل الحبل الشوكي، الذي هو ضروري للمشي، استخدم الباحثون الغلوتامات. الغلوتامات هو ناقل عصبي يساعد الأعصاب في إرسال إشارات العضلات للانقباض.

انقبضت العضلات وانتقلت الأرجل بنظام طبيعي بسبب الغلوتامات، وبمجرد إزالتها، لم تتمكن روبوتات السبينوبوت من المشي بعد ذلك.

الخطوات التالية للباحثين تشمل تحسين حركات روبوتات السبينوبوت، بحيث تكون أكثر طبيعية. آمالهم هي أن يتمكنوا من إنشاء نماذج في المختبر من الجهاز العصبي المحيطي من خلال استخدام تكامل الحبل الشوكي على نطاق صغير.

“يمكن أن يسمح تطوير نظام عصبي محيطي في المختبر – الحبل الشوكي، والنمو الخارجي، والعضلات المخترقة – للباحثين بدراسة أمراض العصبونات المتنكسرة مثل ALS بسهولة أكبر وبدقة أكبر،” قال كوفمان. “هناك أيضًا طرق عديدة يمكن أن تستخدم فيها هذه التكنولوجيا كأداة تدريب جراحي، من العمل كدمية تدريب مصنوعة من الأنسجة البيولوجية الحقيقية إلى المساعدة في أداء الجراحة نفسها. هذه التطبيقات هي، حتى الآن، في المستقبل البعيد، ولكن إدراج دائرة الحبل الشوكي السليمة هو خطوة مهمة إلى الأمام.”