Исследователи из Университета Карнеги-Меллона разрабатывают AggreBots — биоботов на основе легочных клеток с настраиваемой подвижностью для будущих методов лечения.
Характеристика подвижности гибридного Aggrebot.
Университет Карнеги-Меллона
Совершенно новый инженерный подход в Университете Карнеги — Меллона заключается в создании «дизайнерских» биологических роботов с использованием клеток легких человека.
Известные как AggreBots, эти микроскопические живые машины однажды смогут перемещаться по телу и осуществлять терапевтическое или механическое вмешательство, как только их двигательные паттерны будут полностью контролироваться.
Биоботы — это микроскопические, созданные человеком биологические машины, способные к автономному движению и запрограммированному поведению.
Традиционно исследователи использовали мышечные волокна для придания силы этим крошечным роботам, позволяя им сокращаться и расслабляться, как настоящие мышцы.
Перспективной альтернативой являются реснички — наноскопические, похожие на волоски пропеллеры, которые перемещают жидкости в организме или помогают некоторым водным существам, например, парамециям или гребневикам, плавать.
Контроль точной формы и структуры биоботов на основе ресничек (CiliaBots) остается серьезной проблемой.
Лаборатория Рен в Университете Карнеги-Меллона разработала новую модульную стратегию сборки для CiliaBots. Пространственное агрегирование тканевых сфероидов, полученных из стволовых клеток лёгких, позволяет создавать AggreBots с настраиваемой подвижностью.
Такой подход позволяет включать сфероиды, несущие генетические мутации, которые делают определенные области ресничек неподвижными.
Управляемые реснички для точности
Дхрув Бхаттарам, первый автор и аспирант по биомедицинской инженерии, сравнил этот метод с извлечением вёсел из определённых мест на лодке во время гребли. «Мы продвигаем альтернативный метод питания тканей биоботов с помощью наших AggreBots», — пояснил он.
«Благодаря процессу слияния различных сфероидов в различные формы, а также включению нефункциональных сфероидов, мы впервые можем точно контролировать расположение и количество ресничек-пропеллеров на поверхности ткани, управляя поведением CiliaBot. Это основополагающий шаг вперёд, в который мы и другие специалисты можем инвестировать время для достижения продуктивных результатов».
Виктория Вебстер-Вуд, доцент кафедры машиностроения, добавила: «Подход AggreBots открывает новые горизонты в разработке подобных биоботов и биогибридных роботов. Возможность модульного комбинирования различных реснитчатых и нереснитчатых элементов позволит будущим исследователям создавать биоботов с особыми, заложенными в конструкцию моделями мобильности. Поскольку AggreBots полностью изготовлены из биологических материалов, они обладают естественной биоразлагаемостью и биосовместимостью, что может позволить в будущем использовать их непосредственно в медицине».
Медицинские и исследовательские перспективы
Платформа может быть полезна широкому кругу пользователей, включая сообщество биоробототехников, врачей и исследователей-медиков, изучающих заболевания, связанные с ресничками, такие как первичная цилиарная дискинезия или густая слизь при муковисцидозе.
Примечательно, что CiliaBots можно изготавливать из собственных клеток пациента, что открывает возможность создания персонализированных терапевтических средств доставки без иммунного отторжения.
Си (Чарли) Жэнь, доцент кафедры биомедицинской инженерии, подчеркнул: «Подвижность важна, поскольку организм — сложная среда. Клеточная доставка терапевтических препаратов имеет большой потенциал, но без надлежащего механизма движения клетки могут легко застрять».
Мы проложили путь, который люди могут использовать для управления подвижностью CiliaBot. CiliaBot обладают широким спектром потенциальных возможностей применения: от понимания влияния экологических рисков на здоровье до облегчения доставки терапевтических препаратов in vivo, и очень интересно участвовать в их развитии».
AggreBots представляют собой важный шаг в биогибридной робототехнике, сочетая модульную конструкцию, биоразлагаемые материалы и точный контроль над подвижностью, что открывает возможности для исследований, персонализированной медицины и будущих терапевтических применений.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Sourse: interestingengineering.com
