Биологические роботы, или биоботы, черпают вдохновение из природных систем, имитируя движения организмов, такие как плавание или прыжки. Улучшения в биоботах для лучшей репликации сложных моторных поведений могут привести к созданию захватывающих приложений для биороботической инженерии, которые помогут решить реальные проблемы. Однако это требует создания биогибридных роботов – биоботов, состоящих как из органических, так и из искусственных материалов, – что является сложной задачей.
Исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн объединили неповрежденный спинной мозг крысы с тканевой инженерная, 3-х мерная мышечная система. Они описывают новую биогибридную систему в журнале APL Bioengineering .
После семи дней культивирования системы исследователи обнаружили, что начинаются двигательные нейроны спинного мозга. производить электрическую активность, которая вызывает сокращение в искусственных мышцах, отражая поведение периферической нервной системы.
«Когда мы посмотрели более глубоко на то, как развивается нейронно-мышечный интерфейс, мы были очень взволнованы, наблюдая много общего между нашим спинооботом, созданным с помощью тканей, и развитием in vivo», – сказал автор Коллин Кауфман, аспирант нейробиологии в UIUC.
Кауфман сказал, что этот результат указывает на то, что объясненный спинной мозг является жизнеспособным механизмом контроля мышечного поведения, даже когда удалены из естественной среды.
Они дополнительно проверили это, варьируя концентрацию нейротрансмиттеров в крови. электронная система. Когда присутствуют дополнительные нейротрансмиттеры, сокращения становятся более последовательными и последовательными, а когда они блокируются, подергивание уменьшается.
Поскольку изучение периферической нервной системы может быть очень трудным, способность наблюдать ее снаружи – как показано в настоящем исследовании – может привести к большим успехам в медицине.
Одним из возможных примеров является болезнь Лу Герига, также известная как боковой амиотрофический склероз, при которой гибель нейронов приводит к возможной потере двигательной функции. Развивая внешнюю периферическую нервную систему, исследователи могут изучать БАС с легкостью доступа к пораженным компонентам в режиме реального времени.
«Следующие шаги в изучении такой болезни на удивление близки», – сказал Кауфман. «Заменив мышцу, спинной мозг или любую комбинацию двух тканей на модель мутанта БАС, исследователи смогут изучить, как больные нейроны взаимодействуют с соседними мышцами».
Кроме того, гибридные биоботы могут использоваться в качестве инструментов для хирургического обучения, что позволяет студентам-медикам выполнять практические операции на реальных биологических тканях.
«Будущие применения этой технологии только начинают понимать, и мы ожидаем от этой области много великого следующие несколько лет», – сказала Марта Джиллетт, профессор биологии клеток и развития в UIUC.