VIDEO Oamenii de știință au construit roboți biologici minusculi din celule umane. Aceștia se pot deplasa și ajută la vindecarea altor celule cu leziuni

VIDEO Oamenii de știință au construit roboți biologici minusculi din celule umane. Aceștia se pot deplasa și ajută la vindecarea altor celule cu leziuni
decembrie 02 11:59 2023
Articol scris de:
Timp citire articol: 7 minut(e)

Oamenii de știință americani au creat roboți vii minusculi din celule umane care se pot deplasa într-un vas de laborator și care, într-o zi, ar putea ajuta la vindecarea rănilor sau a țesuturilor deteriorate, potrivit unui nou studiu. Printre avantajele utilizării celulelor umane se numără capacitatea de a construi roboți din propriile celule ale pacientului pentru a efectua activități terapeutice fără riscul de a declanșa un răspuns imunitar sau de a necesita medicamente imunosupresoare.

O echipă de la Universitatea Tufts și de la Institutul Wyss al Universității Harvard a numit aceste creații „Anthroboți”.

Cercetarea se bazează pe lucrările anterioare ale acelorași oameni de știință, care au realizat primii roboți vii, sau xenoboți, din celule stem obținute din embrioni de broască africană cu gheare (Xenopus laevis).

„Unii au crezut că extraordinarele caracteristici ale xenoboților se bazau foarte mult pe faptul că erau embrionari și amfibieni“, a declarat autorul studiului, Michael Levin, profesor de biologie la facultatea de arte și științe Tufts.

„Nu cred că acest lucru are legătură cu a fi un embrion, sau o broască. Cred că aceasta este o proprietate mult mai generală a ființelor vii”, a spus el

„Nu ne dăm seama de toate competențele pe care le au propriile noastre celule corporale”.

Deși erau vii, anthroboții nu erau pe deplin organisme, deoarece nu aveau un ciclu de viață complet, a precizat Levin.

Cercetarea a fost publicată joi, în revista Advanced Science.

Foto: O imagine colorată arată structura multicelulară a unui antrobot, înconjurată de cili pe suprafața sa, care îi permit să se deplaseze și să își exploreze mediul înconjurător.

Cum au fost făcuți?

Oamenii de știință au folosit celule umane adulte din trahee, de la donatori anonimi de vârste și sexe diferite.

Cercetătorii au ales acest tip de celule pentru că sunt relativ ușor de accesat, datorită studiilor privind Covid-19 și bolile pulmonare și, mai important, datorită unei caracteristici despre care oamenii de știință au crezut că ar face celulele capabile să se miște, a declarat coautorul studiului, Gizem Gumuskaya, studentă la doctorat la Tufts.

Celulele traheale sunt acoperite cu elemente asemănătoare firului de păr, numite cili, care se unduiesc înainte și înapoi.

De obicei, acestea ajută celulele traheale să împingă particule mici care își găsesc drumul în pasajele de aer din plămâni.

Studiile anterioare au arătat, de asemenea, că celulele pot forma organoizi – aglomerări de celule utilizate pe scară largă pentru cercetare.

Cercetătorii de la Tufts au experimentat cu compoziția chimică a condițiilor de creștere a celulelor traheale și au găsit o modalitate de a încuraja cilia să se orienteze spre exterior pe organoizi.

Odată ce au găsit matricea potrivită, organoizii au devenit mobili după câteva zile, cilia acționând ca niște vâsle.

„A fost ca o floare care înflorește. În ziua a șaptea, cilia se rotiseră și se aflau în exterior.

În metoda folosită de cercetători, fiecare antropoid crește dintr-o singură celulă.

Această autoasamblare este ceea ce îi face unici.

Roboți biologici au fost realizați și de alți oameni de știință, dar au fost construiți manual, prin realizarea unei matrice și însămânțarea de celule care să trăiască în acel cadru de lucru.

Mișcarea Anthroboților Fiecare anthrobot se dezvoltă dintr-o singură celulă.

Forme și dimensiuni diferite

Anthroboții creați de echipă nu au fost identici.

Unii erau sferici și complet acoperiți de cili, în timp ce alții aveau o formă asemănătoare unei mingi de fotbal fiind acoperiți în mod neuniform de cili.

De asemenea, aceștia se mișcau în moduri diferite – unii în linie dreaptă, alții în cercuri strânse, în timp ce alții stăteau pe loc și se balansau, potrivit unui comunicat al universității Tufts.

Miniroboții vii au supraviețuit până la 60 de zile în condiții de laborator.

Experimentele descrise în acest ultim studiu sunt într-un stadiu incipient, dar scopul este de a afla dacă antropodele ar putea avea aplicații medicale, au declarat cercetătorii americani.

Pentru a vedea dacă astfel de aplicații ar putea fi posibile, cercetătorii au examinat dacă anthroboții au fost capabili să se deplaseze peste neuronii umani crescuți în vasele de laborator care au fost „zgâriați” pentru a imita leziunile.

Ei au fost surprinși să vadă că anthroboții au încurajat creșterea în regiunea deteriorată a neuronilor, deși cercetătorii nu înțeleg încă mecanismul de vindecare, se arată în studiu.

Falk Tauber, liderul grupului de la Centrul Freiburg pentru materiale interactive și tehnologii bioinspirate de la Universitatea din Freiburg, Germania, care nu a participat la studiu, a declarat că studiul oferă o bază de plecare pentru eforturile viitoare de a utiliza bioboții pentru diferite funcții și de a-i realiza în diferite forme.

Un anthrobot, în verde, crește pe o leziune prin țesutul neuronal, în roșu.

Deși se așteptau să fie necesare modificări genetice ale celulelor anthroboților pentru a-i ajuta să încurajeze creșterea neuronală, în mod surprinzător, aceștia, fără nicio modificare, au declanșat o regenerare substanțială, creând o punte de neuroni la fel de groasă ca și restul celulelor sănătoase din experiment.

Neuronii nu au crescut în leziunile în care anthroboții au fost absenți. Cel puțin în lumea 2D simplificată a vaselor de laborator, ansamblurile de anthroboți au încurajat o vindecare eficientă a țesutului neuronal viu.

Potrivit cercetătorilor, dezvoltarea ulterioară a roboților ar putea duce la alte aplicații, inclusiv la eliminarea acumulărilor de plăci în arterele pacienților cu ateroscleroză, la repararea leziunilor măduvei spinării sau ale nervilor retinei, la recunoașterea bacteriilor sau a celulelor canceroase sau la livrarea de medicamente către țesuturile vizate.

Anthroboții ar putea, în teorie, să ajute la vindecarea țesuturilor, cărând în același timp medicamente pro-regeneratoare.

Trei exemple de Anthrobots cu cili asemănători firelor de păr, în galben. Imagini: Gizem Gumuskaya, Tufts University, 30 noiembrie, 2023

„Este fascinant și complet neașteptat faptul că celulele traheale normale ale pacienților, fără a-și modifica ADN-ul, se pot deplasa singure și pot încuraja creșterea neuronilor într-o regiune afectată”, a declarat Michael Levin

Echipa de la Tufts a explicat că celulele au capacitatea înnăscută de a se autoasambla în structuri mai mari în anumite moduri fundamentale.

„Celulele pot să formeze straturi, să se plieze, să facă sfere, să se sorteze și să se separe pe tipuri, să fuzioneze între ele sau chiar să se miște”, a precizat Gumuskaya.

Ea a subliniat două diferențe importante față de alte blocuri biologice fundamentale și anume faptul că celulele pot comunica între ele și pot crea structuri în mod dinamic, iar fiecare celulă este programată cu multe funcții, cum ar fi mișcarea, secreția de molecule, detectarea semnalelor și altele.

„Tocmai ne dăm seama cum să combinăm aceste elemente pentru a crea noi planuri și funcții biologice ale corpului – diferite de cele întâlnite în natură”, a mai precizat ea.

Folosirea cunoștințelor de bază ale asamblării celulare îi ajută pe oamenii de știință să construiască roboții și să înțeleagă cum se asamblează modelele naturale ale corpului, cum genomul și mediul lucrează împreună pentru a crea țesuturi, organe și membre și cum ar putea să le restabilească prin tratamente regenerative.

Foto articol: Gizem Gumuskaya este doctorandă la Universitatea Tufts și a contribuit la crearea anthroboților.

scrie un comentariu

0 Comentarii

Adaugă un comentariu