Vědci vyvinuli miniaturní „spinoboty“ s použitím svalů a tkáně míchy potkana

V podivuhodném a důležitém vývoji v oblasti robotiky výzkumníci z University of Illinois at Urbana-Champaign vyvinuli miniaturní „spinoboty“ schopné chůze. Jsou poháněny svaly a tkání míchy potkana, které jsou umístěny na měkkém, 3D-tištěném hydrogelovém skeletu.

Před novým vývojem biologičtí roboti využívali jednoduché svalové stahy k pohybu. Díky použití míchy v těchto nových robotech mohou chodit s přirozenějším rytmem.

Martha Gillette je vedoucí studie a profesorka buněčné a vývojové biologie.

“To jsou počátky směru směrem k interaktivním biologickým zařízením, která by mohla mít aplikace pro neurocomputing a restorativní medicínu,” řekla Gillette.

Zjištění byla zveřejněna v časopise APL Bioengineering.

Vytvoření spinobotů

Aby mohli postavit spinoboty, výzkumníci nejprve vytiskli miniaturní skelet. Měl dvě tyče, které fungovaly jako nohy, a také pružnou „páteř“. Skelet byl poté osazen svalovými buňkami, které vyrostly v svalovou tkáň, a segment bederní míchy byl odebrán z potkana a integrován do něj.

Collin Kaufman je doktorand a první autor článku.

“Speciálně jsme vybrali bederní míchu, protože předchozí práce prokázala, že obsahuje obvody, které kontrolují střídání levé a pravé nohy při chůzi,” řekl Kaufman. “Z hlediska inženýrství jsou neuronové buňky nezbytné pro řízení stále složitějších a koordinovaných svalových pohybů. Největší překážkou pro inervaci bylo, že nikdo předtím nekultivoval integrovanou míchu potkana.”

Navrhování metody pro integraci míchy

Výzkumníci vyvinuli metodu, aby extrahovali integrovanou míchu a kultivovali ji, a také ji integrovali do robota, zatímco kultivovali svalové a nervové tkáně společně. Při tom museli zajistit, aby se neuronové buňky spojily se svaly.

Po navržení nové metody výzkumníci pozorovali svalové stahy, které se vyskytovaly ve spinobotech. To znamenalo, že neuro-svalové spoje se skutečně vytvořily a dvě různé typy buněk komunikovaly. Aby zajistili, že mícha funguje, což je potřebné pro chůzi, výzkumníci použili glutamát. Glutamát je neurotransmiter, který pomáhá nervům signalizovat svalu, aby se stáhl.

Sval se stáhl a nohy se pohybovaly v přirozeném rytmu díky glutamátu, a jednou, když byl glutamát odstraněn, spinoboti již nechodili.

Další kroky pro výzkumníky zahrnují zdokonalení pohybů spinobotů, aby byly ještě přirozenější. Doufají, že in vitro modely periferního nervového systému lze vytvořit pomocí integrace malé míchy.

“Vývoj in vitro periferního nervového systému – míchy, výrůstků a inervovaných svalů – by mohl umožnit výzkumníkům studovat neurodegenerativní onemocnění, jako je ALS, v reálném čase s větší snadností přístupu ke všem postiženým složkám,” řekl Kaufman. “Existuje také řada způsobů, jak lze tuto technologii použít jako chirurgický tréninkový nástroj, od používání jako cvičného panáka vyrobeného z skutečné biologické tkáně až po skutečné provedení chirurgie. Tyto aplikace jsou prozatím v poměrně vzdálené budoucnosti, ale zahrnutí integrovaného obvodu míchy je důležitým krokem vpřed.”