Les chercheurs développent de minuscules « Spinobots » avec du muscle de rat et du tissu de moelle épinière

Dans un développement étrange et important dans le domaine de la robotique, des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign ont développé de minuscules « spinobots » capables de marcher. Ils sont alimentés par du muscle de rat et du tissu de moelle épinière, qui est présent sur le squelette en hydrogel imprimé en 3D et souple. 

Avant les nouveaux développements, les robots biologiques reposaient sur une simple contraction musculaire pour avancer. Avec l’utilisation de la moelle épinière dans ces nouveaux robots, ils peuvent marcher avec un rythme plus naturel.

Martha Gillette est la chef d’étude et professeure de biologie cellulaire et du développement. 

“Ceci sont les débuts d’une direction vers des dispositifs biologiques interactifs qui pourraient avoir des applications pour la neuroinformatique et la médecine restauratrice,” a déclaré Gillette.  

Les résultats ont été publiés dans le journal APL Bioengineering. 

Création des Spinobots

Pour construire les spinobots, les chercheurs ont d’abord imprimé le petit squelette. Il avait deux piliers qui agissaient comme des jambes, ainsi qu’une « colonne vertébrale » flexible. Le squelette a ensuite été semé de cellules musculaires qui ont grandi en tissu musculaire, et un segment de moelle épinière lombaire a été pris d’un rat et intégré. 

Collin Kaufman est un étudiant diplômé et le premier auteur de l’article. 

“Nous avons spécifiquement sélectionné la moelle épinière lombaire parce que des travaux antérieurs ont démontré qu’elle abrite les circuits qui contrôlent l’alternance gauche-droite pour les membres inférieurs pendant la marche,” a déclaré Kaufman. “D’un point de vue ingénieur, les neurones sont nécessaires pour entraîner des mouvements musculaires de plus en plus complexes et coordonnés. L’obstacle le plus difficile pour l’innervation était que personne n’avait jamais cultivé une moelle épinière de rongeur intacte auparavant.”

Conception d’une méthode pour intégrer la moelle épinière

Les chercheurs ont développé une méthode pour extraire la moelle épinière intacte et la cultiver, ainsi que l’intégrer sur le robot tout en cultivant les tissus musculaires et nerveux ensemble. Lorsqu’ils faisaient cela, ils devaient s’assurer que les neurones formaient des jonctions avec le muscle. 

Après avoir conçu la nouvelle méthode, les chercheurs ont observé des contractions musculaires qui se produisaient dans les spinobots. Cela signifiait que les jonctions neuro-musculaires se formaient effectivement, et que les deux types de cellules communiquaient. Pour s’assurer que la moelle épinière fonctionnait, ce qui est nécessaire pour la marche, les chercheurs ont utilisé du glutamate. Le glutamate est un neurotransmetteur qui aide les nerfs à signaler au muscle de se contracter. 

Le muscle se contractait et les jambes bougeaient avec un rythme naturel en raison du glutamate, et une fois qu’il a été supprimé, les spinobots n’ont plus marché. 

Les prochaines étapes pour les chercheurs incluent l’affinement des mouvements des spinobots, de manière à ce qu’ils soient encore plus naturels. Leur espoir est que des modèles in vitro du système nerveux périphérique puissent être créés grâce à l’intégration de la moelle épinière à petite échelle. 

“Le développement d’un système nerveux périphérique in vitro – moelle épinière, excroissances et muscle innervé – pourrait permettre aux chercheurs d’étudier les maladies neurodégénératives telles que la SLA en temps réel avec une plus grande facilité d’accès à tous les composants touchés,” a déclaré Kaufman. “Il existe également de nombreuses façons dont cette technologie pourrait être utilisée comme outil de formation chirurgicale, allant de l’utilisation d’un mannequin d’entraînement fabriqué à partir de tissu biologique réel à l’aide réelle pour effectuer la chirurgie elle-même. Ces applications sont, pour l’instant, dans un avenir assez lointain, mais l’inclusion d’un circuit de moelle épinière intact est un pas important en avant.”