В рамках революционной разработки исследователи создали новый класс многоклеточных самоконструирующихся биологических роботов. Эти боты получены из человеческого материала — соматических клеток-предшественников, разновидности стволовых клеток.

Эти «Антроботы», как их называют, формируются из клеток легких взрослого человека и демонстрируют замечательные способности, такие как самопостроение и движение с помощью ресничек. Это достижение не только улучшает понимание пластичности клеток, но и открывает новые возможности лечения в регенеративной медицине и робототехнике.

Маленькие функциональные роботы

Каждый Антробот начинается с одной клетки, полученной из легкого взрослого человека. Этот бот на ранней стадии затем подвергается сложному процессу культивирования. В этом процессе он самоорганизуется в многоклеточную подвижную структуру диаметром от 30 до 500 микрон, что сравнимо по размеру с шириной человеческого волоса. Этот переход имеет решающее значение, поскольку снижение вязкости обеспечивает ориентацию ресничек наружу, необходимую для движения.

Подобные боты создаются не впервые. Биолог Майкл Левин из Университета Тафтса и его коллеги ранее разработали крошечных роботов. Но они были сделаны из эмбриональных клеток лягушки, и с ними мало что можно было сделать.

Теперь новое поколение Антроботов создано из человеческих клеток. Они также могут вести себя разнообразно, двигаясь от узких петель к прямым линиям со скоростью от 5 до 50 микрон в секунду. Эта универсальность обусловлена ​​их морфологическим разнообразием: различия в поляризации тела и ресничках напрямую влияют на их движение.

Но что они на самом деле могут сделать?

Антробот, иди лечись

Чтобы проверить терапевтический потенциал антропоботов, Левин и его коллеги разработали тест. Они положили несколько штук на небольшое блюдо. Боты объединились, образовав более крупный бот. Затем бота большего размера поместили на слой поцарапанной нервной ткани. В течение трех дней Антробот исцелил ткань. Это примечательно, потому что исследователи не обязательно ожидали этого, особенно без какого-либо генетического программирования. На самом деле исследователи не были уверены, что будут делать боты.

Конечно, одно дело – исцелить что-то в чашке Петри, а другое – исцелить что-то в реальном человеческом теле. Но это дает большие надежды на появление потенциально персонализированных роботов в сфере медицины.

Антроботы открывают новые возможности для создания сложных тканей и структур без необходимости прямых генетических манипуляций или ручного моделирования. Эта возможность открывает огромные перспективы для регенеративной медицины, устойчивого строительства и даже исследования космоса. Возможность восстановления царапин на листах нервных клеток человека in vitro демонстрирует их непосредственную актуальность в биомедицинском контексте.

Исследование также может помочь исследователям узнать больше о том, как разрабатывать таких ботов.

Это только начало для мобильных ботов

Интересным аспектом антропоботов является их двусторонняя симметрия, которая варьируется в зависимости от типа их движений. Линейно движущиеся антропоботы демонстрируют более высокую степень двусторонней симметрии — черта, также наблюдаемая у многих естественных видов. Эта особенность подчеркивает глубокие биологические корни и потенциал этих синтетических конструкций.

Кроме того, похоже, что антропоботы демонстрируют корреляцию между различными типами движений и морфологией. Это наблюдение имеет решающее значение для понимания макромасштабных правил самосборки и управления их функциональными свойствами для конкретных приложений. Другими словами, как только мы поймем, какие изменения будут делать коллективы клеток, мы сможем начать контролировать их для решения более сложных задач — возможно, даже для восстановления утраченных конечностей.

В конечном счете, конвергенция биологии и инженерии в форме антропоботов демонстрирует огромный неиспользованный потенциал этого подхода. Оно бросает вызов существующим парадигмам в биологии и открывает неизведанные территории в медицине и технологиях. Возможно, мы находимся на пороге нового захватывающего рубежа персонализированной медицины.

Исследование было опубликовано в Передовая наука .