Στο μεταίχμιο μεταξύ ζωντανού οργανισμού και μηχανής, μικροσκοπικά βιολογικά ρομπότ κατόρθωσαν να περπατήσουν, χάρη σε νωτιαίο μυελό που κατεύθυνε τα βήματά τους.
Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ιλλινόις ανέπτυξαν τα μικροσκοπικά «spinobots», ρομπότ με πόδια από μυϊκούς ιστούς και νωτιαίο μυελό, τυπωμένα σε έναν μαλακό, τρισδιάστατο σκελετό υδρογέλης. Ενώ οι προηγούμενες γενιές βιολογικών ρομπότ, ή bio-bots, μπορούσαν να προχωρήσουν με απλή συστολή των μυών, περίπου όπως τα φίδια που έρπουν, η ενσωμάτωση νωτιαίου μυελού στα spinobots τους δίνει έναν πιο φυσικό ρυθμό περπατήματος.
Σύμφωνα με τη σχετική δημοσίευση των ερευνητών στην επιθεώρηση APL Bioengineering, για να δημιουργήσουν τα spinobots, αρχικά εκτύπωσαν το μικροσκοπικό σκελετό: δύο πόδια και μια εύκαμπτη σπονδυλική στήλης, μήκους λίγων χιλιοστών. Στη συνέχεια, εμφύτευσαν μυϊκά κύτταρα, τα οποία είχαν πρώτα καλλιεργήσει σε μυϊκό ιστό. Τέλος, ενσωμάτωσαν ένα τμήμα οσφυϊκού νωτιαίου μυελού. Τόσο τα μυϊκά κύτταρα όσο και ο νωτιαίος μυελός προέρχονταν από αρουραίο.
Οι ερευνητές επέλεξαν οσφυϊκό νωτιαίο μυελό επειδή προηγούμενη εργασία έχει δείξει ότι στεγάζει τα κυκλώματα που ελέγχουν την αριστερά - δεξιά εναλλαγή για τα κάτω άκρα κατά τη διάρκεια του περπατήματος. Από άποψη μηχανικής, οι νευρώνες που περιέχει ο νωτιαίος μυελός είναι απαραίτητοι για ολοένα και πιο περίπλοκες, συντονισμένες κινήσεις των μυών.
Οι ερευνητές έπρεπε να επινοήσουν μια μέθοδο όχι μόνο για να εξάγουν άθικτο νωτιαίο μυελό και στη συνέχεια να τον καλλιεργήσουν, αλλά και να τον ενσωματώσουν στο βιορομπότ με τρόπο που οι νευρώνες να σχηματίσουν συνδέσεις με τον μυ.
Τελικά είδαν αυθόρμητες συσπάσεις των μυών στα spinobots, γεγονός που αποδείκνυε ότι είχαν σχηματιστεί οι επιθυμητές νευρο-μυϊκές συνδέσεις και οι δύο τύποι κυττάρων επικοινωνούσαν. Για να επιβεβαιωθεί ότι ο νωτιαίος μυελός λειτουργούσε όπως έπρεπε ώστε να παράγει περπάτημα, οι ερευνητές πρόσθεσαν το γλουταμινικό οξύ, έναν νευροδιαβιβαστή που ωθεί τα νεύρα να πυροδοτήσουν τη σύσπαση των μυών.
Το γλουταμινικό οξύ έκανε τον μυ να συρρικνωθεί και τα πόδια να κινούνται με φυσικό ρυθμό περπατήματος. Όταν το γλουταμινικό οξύ «ξεπλύθηκε», τα spinobots σταμάτησαν να περπατούν.
Η κίνηση των spinobots, όπως την κατέγραψε μικροσκόπιο του Πανεπιστημίου του Ιλλινόις (Credit Collin Kaufman, University of Illinois)
Οι ερευνητές ελπίζουν ότι αυτή η μικρής κλίμακας υλοποίηση νωτιαίου μυελού σε μηχανική διάταξη είναι ένα πρώτο βήμα για τη δημιουργία μοντέλων in vitro του περιφερικού νευρικού συστήματος, το οποίο είναι δύσκολο να μελετηθεί σε ζώντες ασθενείς ή σε ζωϊκά μοντέλα. Το κεντρικό νευρικό σύστημα περιλαμβάνει τον εγκέφαλο και τον νωτιαίο μυελό, ενώ το περιφερικό νευρικό σύστημα περιλαμβάνει όλα τα νεύρα που εκτείνονται από τον εγκέφαλο και τον νωτιαίο μυελό και φτάνουν σε άλλα μέρη του σώματος, συμπεριλαμβανομένων των μυών και των οργάνων.
Η ανάπτυξη in vitro ενός περιφερικού νευρικού συστήματος θα επέτρεπε στους ερευνητές να μελετήσουν σε βάθος νευροεκφυλιστικές ασθένειες, όπως τη νόσο του κινητικού νευρώνα ή αμυοατροφική πλευρική σκλήρυνση (ΑLS).
Η σχετική επιστημονική δημοσίευση είναι διαθέσιμη εδώ.
