Investigadores Desarrollan Pequeños “Spinobots” con Músculo y Tejido de Médula Espinal de Rata

En un desarrollo extraño y importante en robótica, investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han desarrollado pequeños “spinobots” capaces de caminar. Están impulsados por músculo de rata y tejido de médula espinal, que está presente en el esqueleto de hidrogel suave y creado con impresión 3D.

Antes de los nuevos desarrollos, los robots biológicos dependían de la contracción muscular simple para avanzar. Con el uso de la médula espinal en estos nuevos robots, pueden caminar con un ritmo más natural.

Martha Gillette es la líder del estudio y profesora de biología celular y del desarrollo.

“Estos son los comienzos de una dirección hacia dispositivos biológicos interactivos que podrían tener aplicaciones para la neuroinformática y la medicina restaurativa”, dijo Gillette.

Los hallazgos se publicaron en la revista APL Bioengineering.

Creación de los Spinobots

Para construir los spinobots, los investigadores primero imprimieron el pequeño esqueleto. Tenía dos postes que actuaban como piernas, así como una “columna vertebral” flexible. El esqueleto se sembró entonces con células musculares que crecieron en tejido muscular, y se tomó un segmento de médula espinal lumbar de una rata e integró en él.

Collin Kaufman es un estudiante de posgrado y el primer autor del artículo.

“Seleccionamos específicamente la médula espinal lumbar porque el trabajo previo ha demostrado que alberga los circuitos que controlan la alternancia izquierda-derecha para las extremidades inferiores durante la caminata”, dijo Kaufman. “Desde una perspectiva de ingeniería, las neuronas son necesarias para impulsar movimientos musculares cada vez más complejos y coordinados. El obstáculo más desafiante para la inervación fue que nadie había cultivado antes una médula espinal intacta de roedor.”

Diseñando un Método para Integrar la Médula Espinal

Los investigadores desarrollaron un método para extraer la médula espinal intacta y cultivarla, así como integrarla en el robot mientras cultivaban los tejidos musculares y nerviosos juntos. Al hacer esto, tuvieron que asegurarse de que las neuronas formaran uniones con el músculo.

Después de diseñar el nuevo método, los investigadores observaron contracciones musculares que tuvieron lugar en los spinobots. Esto significaba que las uniones neuro-musculares se formaron de hecho, y los dos tipos de células estaban comunicándose. Para asegurarse de que la médula espinal estuviera funcionando, que es necesario para caminar, los investigadores utilizaron glutamato. El glutamato es un neurotransmisor que ayuda a las neuronas a señalizar al músculo para que se contraiga.

El músculo se contrajo y las piernas se movieron en un ritmo natural debido al glutamato, y una vez que se retiró, los spinobots ya no caminaron.

Los siguientes pasos para los investigadores incluyen refinar los movimientos de los spinobots, de manera que sean aún más naturales. Su esperanza es que los modelos in vitro del sistema nervioso periférico puedan crearse mediante la integración de la médula espinal a pequeña escala.

“El desarrollo de un sistema nervioso periférico in vitro — médula espinal, crecimientos y músculo inervado — podría permitir a los investigadores estudiar enfermedades neurodegenerativas como la ELA en tiempo real con mayor facilidad de acceso a todos los componentes afectados”, dijo Kaufman. “Hay también una variedad de formas en que esta tecnología podría usarse como una herramienta de entrenamiento quirúrgico, desde actuar como un muñeco de práctica hecho de tejido biológico real hasta ayudar a realizar la cirugía en sí. Estas aplicaciones están, por ahora, en un futuro bastante lejano, pero la inclusión de un circuito de médula espinal intacto es un paso importante hacia adelante.”