Pesquisadores Desenvolvem Minúsculos “Spinobots” com Músculo e Tecido de Medula Espinhal de Rato

Em um desenvolvimento estranho e importante na robótica, pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign desenvolveram minúsculos “spinobots” capazes de andar. Eles são alimentados por músculo e tecido de medula espinhal de rato, que está presente no esqueleto de hidrogel 3D impresso macio. 

Antes dos novos desenvolvimentos, robôs biológicos dependiam de contração muscular simples para se mover. Com o uso da medula espinhal nesses novos robôs, eles podem andar com um ritmo mais natural.

Martha Gillette é a líder do estudo e professora de biologia celular e desenvolvimental. 

“Estes são os começos de uma direção em direção a dispositivos biológicos interativos que poderiam ter aplicações para neurocomputação e medicina restauradora,” disse Gillette.  

As descobertas foram publicadas no jornal APL Bioengineering. 

Criando os Spinobots

Para construir os spinobots, os pesquisadores primeiro imprimiram o minúsculo esqueleto. Ele tinha dois postes que agiam como pernas, bem como uma “espinha dorsal” flexível. O esqueleto foi então semeados com células musculares que cresceram em tecido muscular, e um segmento de medula espinhal lombar foi retirado de um rato e integrado a ele. 

Collin Kaufman é um estudante de pós-graduação e o primeiro autor do artigo. 

“Nós selecionamos especificamente a medula espinhal lombar porque trabalhos anteriores demonstraram que ela abriga os circuitos que controlam a alternância esquerda-direita para membros inferiores durante a caminhada,” disse Kaufman. “Do ponto de vista da engenharia, neurônios são necessários para impulsionar movimentos musculares complexos e coordenados. O obstáculo mais desafiador para a inervação foi que ninguém havia cultivado antes uma medula espinhal intacta de roedor.”

Projetando um Método para Integrar a Medula Espinhal

Os pesquisadores desenvolveram um método para extrair a medula espinhal intacta e cultivá-la, bem como integrá-la ao robô enquanto cultivavam os tecidos musculares e nervosos juntos. Ao fazer isso, eles tiveram que garantir que os neurônios formem junções com o músculo. 

Depois de projetar o novo método, os pesquisadores observaram contrações musculares que ocorreram nos spinobots. Isso significava que as junções neuromusculares de fato se formaram, e os dois tipos diferentes de células estavam se comunicando. Para garantir que a medula espinhal estivesse funcionando, o que é necessário para a caminhada, os pesquisadores usaram glutamato. O glutamato é um neurotransmissor que ajuda os nervos a sinalizar o músculo para contrair. 

O músculo contraiu e as pernas se moveram em um ritmo natural devido ao glutamato, e uma vez que ele foi removido, os spinobots não andaram mais. 

As próximas etapas para os pesquisadores incluem refinar os movimentos dos spinobots, de modo que sejam ainda mais naturais. Sua esperança é que modelos in vitro do sistema nervoso periférico possam ser criados por meio do uso de integração de medula espinhal em pequena escala. 

“O desenvolvimento de um sistema nervoso periférico in vitro – medula espinhal, brotos e músculo inervado – poderia permitir que os pesquisadores estudassem doenças neurodegenerativas, como a ELA, em tempo real com maior facilidade de acesso a todos os componentes afetados,” disse Kaufman. “Há também uma variedade de maneiras pelas quais essa tecnologia pode ser usada como uma ferramenta de treinamento cirúrgico, desde agir como um boneco de prática feito de tecido biológico real até ajudar a realizar a cirurgia em si. Essas aplicações estão, por agora, em um futuro relativamente distante, mas a inclusão de um circuito de medula espinhal intacto é um passo importante para a frente.”