연구자들, 쥐 근육과 척수 조직으로 구성된 작은 “스피노봇” 개발

로봇공학에서 이상하게 들리고 중요한 발전이 이루어졌는데, 일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스의 연구자들은 걸을 수 있는 작은 “스피노봇”을 개발했다.它们는 쥐 근육과 척수 조직으로 구동되며, 이는軟하고 3D 프린팅된 하이드로겔 스켈레톤에 존재한다.

새로운 개발 이전에, 생물학적 로봇은 단순한 근육 수축에 의존하여 앞으로 이동했다. 척수를 이러한 새로운 로봇에 사용함으로써, 더 자연스러운 리듬으로 걸을 수 있다.

마사 길레트는 연구 책임자이자 세포 및 발달 생물학 교수이다.

“이것은 상호 작용하는 생물학적 장치의 방향으로 나아가는 시작이다. 이는 신경 컴퓨팅과 재생 의학에 대한 적용이 있을 수 있다.” 길레트는 말했다.

연구 결과는 APL 바이오 엔지니어링 저널에 발표되었다.

스피노봇 제작

스피노봇을 제작하기 위해, 연구자들은 먼저 작은 스켈레톤을 프린팅했다. 그것은 두 개의 다리 역할을 하는 두 개의 기둥과 유연한 “등뼈”를 가지고 있었다. 스켈레톤은 근육 세포로 심어졌고, 근육 조직으로 자라났으며, 쥐의 허리 척수の一部가 통합되었다.

콜린 카우프만은 대학원생이자 논문의 첫 번째 저자이다.

“우리는 이전 연구에서 허리 척수가 하위肢体의 왼쪽-오른쪽 교대 운동을 제어하는 회로를 포함한다는 것을 보여주었기 때문에, 우리는 허리 척수를 선택했다”고 카우프만은 말했다. “공학적인 관점에서, 신경 세포는 더 복잡하고 조정된 근육 운동을 구동하는 데 필요하다. 가장 어려운 장애는obody가 이전에完整한 설치류 척수를 배양한 적이 없다는 것이다.”

척수 통합을 위한 방법 설계

연구자들은 척수를 추출하고 배양하며, 로봇에 통합하는 방법을 개발했다. 이를 통해, 근육과 신경 조직을 함께 배양하는 동안 신경 세포가 근육과 접합을 형성하도록 했다.

새로운 방법을 설계한 후, 연구자들은 스피노봇에서 근육 수축을 관찰했다. 이는 신경-근육 접합이 실제로 형성되었으며, 두 종류의 세포가 통신하고 있음을 의미했다. 척수가 걸음에 필요한 기능을 하는지 확인하기 위해, 연구자들은 글루타메이트를 사용했다. 글루타메이트는 신경이 근육에 수축 신호를 보내는 데 도움이 되는 신경전달물질이다.

글루타메이트로 인해 근육이 수축되고 다리가 자연스러운 리듬으로 움직였다. 그리고 그것을 제거한 후, 스피노봇은 더 이상 걸을 수 없었다.

연구자들의 다음 단계는 스피노봇의 움직임을 더 자연스럽게 만드는 것이다. 그들의希望은 척수 통합을 사용하여 말초 신경계의 시험관 내 모델을 만들 수 있다는 것이다.

“말초 신경계 – 척수, 신경 돌기 및 신경이 닿은 근육 – 의 시험관 내 개발은 연구자들이 더 쉽게 모든 영향을 받는 구성 요소를 접근할 수 있게 해주므로, ALS와 같은 신경 퇴행성 질환을 실시간으로 연구할 수 있을 것이다”라고 카우프만은 말했다. “외과 훈련 도구로서의 다양한 응용 가능성이 있다. 실제로 수술을 수행하는 데 도움이 될 수 있다. 이러한 응용 가능성은 현재まだ 먼 미래에 있지만, 완전한 척수 회로를 포함하는 것은 중요한 발전이다.”