Vědci vyvinuli malé „spinoboty“ s použitím svalové a míšní tkáně potkana

V podivuhodném a důležitém rozvoji v oblasti robotiky vyvinuli vědci na University of Illinois at Urbana-Champaign malé „spinoboty“ schopné chůze. Jsou poháněny svalovou a míšní tkání potkana, která je umístěna na měkkém, 3D-tištěném hydrogelovém skeletu.

Před novými objevy se biologičtí roboti spoléhali na jednoduchou svalovou kontrakci, aby se mohli pohybovat dopředu. S použitím míchy v těchto nových robotech mohou chodit s více přirozeným rytmem.

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

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

Zjištění byla zveřejněna v časopise APL Bioengineering.

Vytvoření spinobotů

Aby vědci postavili spinoboty, nejprve vytiskli malé skelety. Měly dvě tyče, které fungovaly jako nohy, a také flexibilní „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.

“Specificky jsme vybrali bederní míchu, protože předchozí práce prokázala, že obsahuje obvody, které kontrolují střídání levé a pravé nohy během chůze,” řekl Kaufman. “Z hlediska inženýrství jsou neurony nezbytné pro řízení stále složitějších a koordinovaných svalových pohybů. Největší překážkou pro inervaci bylo, že nikdo předtím nekultivoval完整nou míchu potkana.”

Navržení metody pro integraci míchy

Vědci vyvinuli metodu, aby extrahovali kompletní míchu a kultivovali ji, a také ji integrovali do robota, zatímco kultivovali svalovou a nervovou tkáň společně. Při tom museli zajistit, aby se neurony vytvořily spoje se svaly.

Po navržení nové metody pozorovali vědci svalové kontrakce, které se vyskytovaly u spinobotů. To znamenalo, že neuro-svalové spoje se skutečně vytvořily a dvě různé typy buněk komunikovaly. Aby se ujistili, že mícha funguje, což je nutné pro chůzi, použili glutamát. Glutamát je neurotransmiter, který pomáhá nervům signálovat svalům, aby se stáhly.

Svaly se stáhly a nohy se pohybovaly v přirozeném rytmu díky glutamátu, a jednou byl odebrán, spinoboty již nechodily.

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

“Vývoj in vitro periferního nervového systému – míchy, výrůstků a inervované svalové tkáně – 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 nástroj pro chirurgické školení, od používání jako cvičného panáka vyrobeného z opravdové biologické tkáně až po skutečnou pomoc při provádění chirurgických zákroků. Tyto aplikace jsou prozatím v poměrně vzdálené budoucnosti, ale zahrnutí kompletního obvodu míchy je důležitým krokem vpřed.”