Pesquisadores Desenvolvem Minúsculos “Spinobots” com Músculo e Tecido de Medula Espinal 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 de rato e tecido de medula espinal, que está presente no esqueleto de hidrogel 3D impresso macio. 

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

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

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

As descobertas foram publicadas na revista APL Bioengineering. 

Criando os Spinobots

Para construir os spinobots, os pesquisadores primeiro imprimiram o esqueleto minúsculo. 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 espinal 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 espinal 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, os neurônios são necessários para impulsionar movimentos musculares cada vez mais complexos e coordenados. O obstáculo mais desafiador para a inervação foi que ninguém havia cultivado antes uma medula espinal intacta de roedor.”

Projetando um Método para Integrar a Medula Espinal

Os pesquisadores desenvolveram um método para extrair a medula espinal 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 formavam 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 espinal 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 aprimorar 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 da integração de medula espinal em pequena escala. 

“O desenvolvimento de um sistema nervoso periférico in vitro — medula espinal, 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 poderia ser usada como uma ferramenta de treinamento cirúrgico, desde agir como um boneco de prática feito de tecido biológico real até realmente 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 espinal intacto é um passo importante para a frente.”