Araştırmacılar Rat Kası ve Omurilik Doku ile Tiny “Spinobots” Geliştirdiler

Robotikte garip bir şekilde duyulan ve önemli bir gelişme, Illinois Üniversitesi’nde Urbana-Champaign’de bulunan araştırmacılar tarafından rat kası ve omurilik dokusu ile çalışan tiny “spinobots” geliştirildi. Bunlar, yumuşak, 3D yazıcı hydrogel iskeletinde bulunan rat kası ve omurilik dokusu ile çalışırlar.

Yeni gelişmelerden önce, biyolojik robotlar basit kas kasılmalarına dayanarak ilerlemekteydiler. Bu yeni robotlarda omurilik kullanılmasıyla, daha doğal bir ritimle yürüyebilirler.

Martha Gillette çalışmanın lideri ve hücre ve gelişim biyolojisi profesörü.

“Bu, etkileşimli biyolojik cihazlara doğru bir yönün başlangıcını temsil ediyor ve bu cihazlar nörohesaplamada ve restoratif tıpta uygulamalara sahip olabilir,” dedi Gillette.

Buluntular APL Bioengineering dergisinde yayımlandı.

Spinobots’un Oluşturulması

Spinobots’u oluşturmak için araştırmacılar ilk olarak küçük iskeleti yazdırdılar. İki bacak olarak hareket eden iki direk ve esnek bir “omurilik” vardı. İskelet daha sonra kas hücreleri ile dolduruldu ve ratlardan alınan bir lumbar omurilik segmenti entegre edildi.

Collin Kaufman bir lisansüstü öğrencisi ve makalenin ilk yazarı.

“Lumbar omuriliği özellikle seçtik çünkü önceki çalışmalar, bunun alt uzuvların yürüyüş sırasında sol-sağ alternasyonunu kontrol eden devreleri barındırdığını gösterdi” dedi Kaufman. “Mühendislik açısından, daha karmaşık, koordine kas hareketlerini sürmek için nöronlar gerekli. En zorlu engel, hiç kimsenin daha önce bir fare omuriliğini kültürlemediği gerçeğiydiler.”

Omuriliği Entegre Etmek için Bir Yöntem Tasarlamak

Araştırmacılar, omuriliği çıkarmak, kültürlemek ve robot üzerine entegre etmek için bir yöntem geliştirdiler ve aynı zamanda kas ve sinir dokularını birlikte kültürlediler. Bunu yaparken, nöronların kaslarla bağlantı kurmasını sağlamak zorundaydılar.

Yeni yöntemi tasarladıktan sonra, araştırmacılar spinobots’ta kas kasılmaları gözlemlediler. Bu, nöro-müsküler bağlantıların gerçekten oluştuğunu ve iki farklı hücre tipinin iletişim kurduğunu gösteriyordu. Omuriliğin yürüyüş için gerekli olan şekilde çalıştığını doğrulamak için, araştırmacılar glutamat kullandılar. Glutamat, sinirlerin kasa kasılma sinyali göndermesine yardımcı olan bir nörotransmitter.

Glutamat nedeniyle kas kasıldı ve bacaklar doğal bir ritimle hareket etti ve bir kez uzaklaştırıldığında, spinobots artık yürüyemezdi.

Araştırmacıların sonraki adımları, spinobots’un hareketlerini daha doğal hale getirmektir. Umarlar ki, küçük ölçekli omurilik entegrasyonu kullanılarak in vitro periferik sinir sistemi modelleri oluşturulabilir.

“Periferik sinir sisteminin in vitro geliştirilmesi – omurilik, çıkıntılar ve innerve edilmiş kas – araştırmacıların ALS gibi nörodejeneratif hastalıkları daha kolay erişilebilen tüm etkilenen bileşenlerle gerçek zamanlı olarak incelemesine olanak tanır” dedi Kaufman. “Bu teknolojinin, bir uygulamadan gerçek biyolojik doku yapılan bir uygulama(dummy) olarak kullanılabileceği gibi, aslında ameliyatı gerçekleştirmeye yardımcı olabileceği çeşitli yollar vardır. Bu uygulamalar şu anda assez uzak bir gelecekte olsa da, intact omurilik devresinin dahil edilmesi önemli bir adım forward.”