ربات‌های زیستی کوچکی که از سلول‌های انسانی ساخته شده‌اند، رشد نورون‌ها را بدون تغییرات DNA افزایش می‌دهند
محققان از سلول‌های نای انسان برای ایجاد ربات‌های بیولوژیکی کوچکی استفاده کرده‌اند که می‌توانند به تنهایی حرکت کنند و بدون نیاز به تغییرات ژنتیکی، با هم برای بهبود نورون‌های آسیب‌دیده کار کنند. ربات های کوچک این پتانسیل را دارند که پزشکی احیا کننده و درمان بیماری را متحول کنند.
ربات‌هایی با ابعاد میکرو که با سلول‌های زنده ساخته می‌شوند – ربات‌های زیستی – در حال توسعه هستند تا وظایف مختلفی را در بدن انسان انجام دهند، از تحویل دارو گرفته تا شناسایی سلول‌های سرطانی. اکنون محققان دانشگاه تافتس و موسسه Wyss هاروارد تلاش کرده‌اند با استفاده از سلول‌های نای انسان، ربات زیستی خود را بسازند.
محققان در حال ساختن هستند شغل قبلی از Tufts، با همکاری دانشگاه ورمونت، از سلول‌های جنین قورباغه برای ایجاد یک ربات زیستی چند سلولی به نام Xenobot با قابلیت ناوبری، ثبت اطلاعات و خود درمانی استفاده کرد. در آن زمان، محققان مطمئن نبودند که آیا این توانایی‌ها به دلیل ساخت ربات زنوبات از سلول‌های قورباغه است یا می‌توان یک ربات زیستی از سلول‌های گونه‌های دیگر ساخت.
در مطالعه کنونی، محققان می‌خواستند ببینند که آیا سلول‌ها می‌توانند از محیط طبیعی خود حذف شوند و در «طرح‌های بدن» مختلف برای انجام عملکردهای دیگر ترکیب شوند. آنها کشف کردند که ربات ها را می توان با استفاده از سلول های انسان بالغ بدون تغییرات ژنتیکی و با قابلیت های پیشرفته ایجاد کرد.
Gizem Gumuskaya، نویسنده اصلی این مطالعه و نویسنده مسئول، می‌گوید: «ما می‌خواستیم بررسی کنیم که سلول‌ها چه کارهایی فراتر از ایجاد عملکردهای پیش‌فرض در بدن انجام می‌دهند. با برنامه‌ریزی مجدد فعل و انفعالات بین سلول‌ها، می‌توان ساختارهای چند سلولی جدیدی ایجاد کرد، مشابه نحوه چیدمان سنگ و آجر در عناصر ساختاری مختلف مانند دیوارها، طاق‌ها یا ستون‌ها.
آنها با سلول های نای گرفته شده از سطح راه های هوایی انسان شروع کردند و پروتکل جدیدی ایجاد کردند که از توانایی موجود سلول های پیش ساز اپیتلیال برونش برای تشکیل کروی های چند سلولی پر از مژک ها، ساختارهای مو مانند میکروسکوپی که برای حرکت ارتعاش می کنند، بهره می برد. آنها این فرآیند را اصلاح کردند تا کروی های پوشیده از مژگان را تولید کنند. این بدان معنی است که ساختارهای مو مانند در خارج هستند تا داخل.
در عرض چند روز، سلول‌های جدید که محققان آنها را Anthrobots نامیدند، شروع به حرکت کردند که توسط مژک‌ها به حرکت در آمدند. هنگامی که به طور کامل رشد می کند، در اندازه های بین 30 تا 500 میکرون، برخی از ربات ها کروی هستند و کاملاً با مژک پوشانده می شوند، در حالی که برخی دیگر نامنظم یا توپی شکل با پوشش ناهموار مژک هستند. توزیع مژک تعیین می کند که ربات ها چگونه حرکت می کنند، چه می چرخند یا مسیرهای مستقیم یا منحنی را دنبال می کنند. آنتروبوت ها معمولاً برای 45 تا 60 روز در شرایط آزمایشگاهی قبل از تجزیه طبیعی زنده می مانند.
گوموسکایا گفت: «آنتروبات‌ها در ظرف آزمایشگاهی خودشان جمع می‌شوند. برخلاف زنوبات‌ها، آنها برای شکل دادن به آنها نیازی به موچین یا چاقوی جراحی ندارند و ما می‌توانیم از سلول‌های بالغ – حتی سلول‌های بیماران بالغ – به جای سلول‌های جنینی استفاده کنیم. این کاملاً مقیاس پذیر است – ما می توانیم دسته هایی از این ربات ها را به صورت موازی تولید کنیم که شروع خوبی برای توسعه یک ابزار درمانی است.
گیزم گوموسکایا/دانشگاه تافتس
محققان یک لایه دوبعدی از نورون‌های انسانی را در یک ظرف آزمایشگاه رشد دادند و سلول‌ها را با یک میله فلزی نازک خراش دادند تا “زخمی” بدون سلول ایجاد کنند. آنها دسته ای از آنتروبات ها را در ظرف قرار دادند و حرکت آنها را در سطح نورون ها مشاهده کردند. ربات ها رشد جدید را تشویق می کنند، شکاف ناشی از زخم را پر می کنند و پلی از نورون ها به ضخامت سلول های سالم ایجاد می کنند. نورون ها در زخمی که آنتروبات ها حضور نداشتند رشد نکردند.
مایکل لوین، یکی دیگر از نویسندگان مرتبط، گفت: «ماژول‌های سلولی که ما در آزمایشگاه می‌سازیم ممکن است قابلیت‌هایی فراتر از آنچه در بدن انجام می‌دهند، باشد. جالب و کاملاً غیرمنتظره است که سلول‌های نای طبیعی بیماران، بدون تغییر DNA خود، بتوانند به تنهایی حرکت کنند و رشد نورون‌ها را در ناحیه آسیب دیده افزایش دهند. اکنون به نحوه عملکرد مکانیسم شفا نگاه می کنیم و می پرسیم که این سازه ها چه کارهای دیگری می توانند انجام دهند.
مزیت استفاده از سلول های انسانی شامل توانایی ساخت ربات از سلول های خود بیمار برای انجام کارهای درمانی بدون تحریک پاسخ ایمنی یا نیاز به سرکوب کننده های ایمنی است.
توسعه بیشتر ربات ها می تواند به کاربردهای دیگری مانند پاکسازی پلاک از شریان ها، ترمیم نخاع یا اعصاب آسیب دیده شبکیه، شناسایی باکتری ها یا سلول های سرطانی، یا رساندن دارو به بافت های هدف منجر شود. در تئوری، آنتروبات‌ها می‌توانند به التیام بافت‌ها کمک کنند و در عین حال داروهای احیاکننده را تحویل دهند.
این مطالعه در مجله منتشر شد علم پیشرفته.
منابع: دانشگاه تافتس، موسسه Wyss
