研究者がラットの筋肉と脊髄組織を使用した小型「スピノボット」を開発

イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の研究者は、歩行可能な小型「スピノボット」を開発しました。これらはラットの筋肉と脊髄組織によって動作し、軟らかく3Dプリンティングされたハイドロゲルスケルトンにあります。

新しい開発以前、生物ロボットは単純な筋肉収縮によって前進しました。脊髄を使用することで、これらの新しいロボットはより自然なリズムで歩くことができます。

マーサ・ギレットは研究リーダーであり、細胞および発達生物学の教授です。

「これは、神経コンピューティングや再生医療に応用できるインタラクティブな生物デバイスの方向性の始まりです」とギレットは述べました。

研究結果は、APL Bioengineering誌に掲載されました。

スピノボットの作成

スピノボットを作成するために、研究者はまず小さなスケルトンを印刷しました。2本の柱が足として機能し、柔軟な「背骨」がありました。スケルトンに筋肉細胞を植え付け、筋肉組織に成長させ、ラットの腰部脊髄を取り出して統合しました。

コリン・カウフマンは大学院生であり、論文の第一著者です。

「腰部脊髄を選択したのは、以前の研究で、下肢の左右交互運動を制御する回路がそこにあることが示されたからです。工学的観点から、神経細胞はより複雑な、調整された筋肉運動を駆動するために必要です。最大の課題は、誰もが前にローデントの完全な脊髄を培養したことがなかったことです」とカウフマンは述べました。

脊髄統合方法の設計

研究者は、完全な脊髄を抽出して培養し、ロボットに統合する方法を開発しました。また、筋肉と神経組織を同時に培養しました。神経細胞が筋肉と接続することを確認する必要がありました。

新しい方法を設計した後、研究者はスピノボットで筋肉収縮を観察しました。これは、神経筋接合が形成され、2種類の細胞が通信していることを意味します。脊髄が機能していることを確認するために、研究者はグルタミン酸を使用しました。グルタミン酸は、神経が筋肉に収縮を信号するのに役立つ神経伝達物質です。

グルタミン酸によって、筋肉が収縮し、脚が自然なリズムで動きました。グルタミン酸を取り除くと、スピノボットは歩かなくなりました。

研究者の次のステップは、スピノボットの動きをより自然なものにすることです。彼らの希望は、小規模な脊髄統合を使用して、体外モデルを周辺神経系を作成できることです。

「周辺神経系の体外モデル — 脊髄、神経突起、神経と筋肉 — を開発することで、ALSなどの神経退行性疾患をより簡単に研究できるようになります。また、外科トレーニングツールとして使用することもできます。実際の生物組織で練習したり、手術を支援したりできます。これらの応用はまだ遠い将来のものですが、完全な脊髄回路を含めることは重要なステップです」とカウフマンは述べました。