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

Robotikte önemli bir gelişme olarak, Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign’deki araştırmacılar, yürüyen tiny “spinobots” geliştirdiler. Bunlar, yumuşak, 3D yazıcı hydrogel iskeletinde bulunan rat kası ve omurilik dokusu ile çalışırlar.

Yeni gelişmelere kadar, biyolojik robotlar basit kas kasılmalarına dayanarak ilerlemeye güvenirdi. 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 restore edici tıpta uygulamalara sahip olabilir,” dedi Gillette.

Buluntular APL Bioengineering dergisinde yayımlandı.

Spinobots’un Oluşturulması

Araştırmacılar, spinobots’u oluşturmak için önce küçük iskeleti yazdırdılar. İki bacak gibi davranan iki direk ve esnek bir “omurilik” vardı. İskelet daha sonra kas hücreleriyle dolduruldu ve kas dokusuna dönüştü, ayrıca bir ratın bel omuriliğinden alınan bir segment entegre edildi.

Collin Kaufman, bir lisansüstü öğrencisi ve makalenin ilk yazarı.

“Bel omuriliğini özellikle seçtik çünkü önceki çalışmalar, bunun alt uzuvların yürüyüş sırasında sol-sağ alternasyonunu kontrol eden devreleri barındırdığını göstermiştir,” dedi Kaufman. “Mühendislik açısından, daha karmaşık, koordine kas hareketlerini sürmek için nöronlar gerekli. En zorlu engel, hiç kimsenin önce bir sıçan omuriliğini yetiştirmemiş olmasıydı.”

Omuriliğin Entegre Edilmesi için Yöntem Tasarımı

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

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

Kas, glutamat nedeniyle kasıldı ve bacaklar doğal bir ritimle hareket etti. Glutamat uzaklaştırıldığında, spinobots artık yürümedi.

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

“Perifer sinir sisteminin in vitro geliştirilmesi – omurilik, çıkıntılar ve innervated kas – araştırmacıların ALS gibi nörodejeneratif hastalıkları gerçek zamanlı olarak daha kolay erişilebilen tüm etkilenen bileşenlerle çalışmasına olanak tanıyabilir,” dedi Kaufman. “Bu teknolojinin, gerçek biyolojik doku made bir uygulama kuklasından aslında ameliyatı gerçekleştirmeye yardımcı olmaya kadar bir cerrahi eğitim aracı olarak kullanılabileceği birçok yol vardır. Bu uygulamalar şu anda oldukça uzak bir gelecekte olsa da, intact bir omurilik devresinin dahil edilmesi önemli bir adım.