В течение последних нескольких лет исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн разрабатывали класс ходячих «биоботов», работающих от мышечных клеток и управляемых электрическими и оптическими импульсами. Теперь исследовательская группа Рашида Башира делится рецептом создания биоботов нынешнего поколения.
Их практический документ — это статья на обложке журнала Nature Protocols.«Протокол учит каждого шага создания биобота, от 3D-печати скелета до тканевой инженерии привода скелетных мышц, включая производителей и номера деталей для каждой отдельной вещи, которую мы используем в лаборатории», — объяснила Риту Раман, ныне докторант. в отделе биоинженерии и первый автор статьи «Модульный подход к проектированию, производству и описанию биологических машин с мышечным приводом».«Этот протокол, по сути, предназначен для использования в качестве универсального справочника для любого ученого во всем мире, который хочет воспроизвести результаты, которые мы показали в наших статьях PNAS 2016 и PNAS 2014, и дать им основу для создания собственных биоботов для множество приложений ", — сказал Раман.
Как указано в документе, «Биологические машины, состоящие из клеток и биоматериалов, обладают потенциалом динамически воспринимать, обрабатывать, реагировать и адаптироваться к сигналам окружающей среды в реальном времени». Это может привести к захватывающим возможностям, когда эти «системы могут однажды продемонстрировать сложное поведение, включая самосборку, самоорганизацию, самовосстановление, а также адаптацию композиции и функциональности для наилучшего соответствия их среде».Группа Башира была пионером в разработке и создании биоботов размером менее сантиметра, сделанных из гибких 3D-печатных гидрогелей и живых клеток. В 2012 году группа продемонстрировала биоботов, которые могли «ходить» самостоятельно, работая за счет биения сердечных клеток крыс.
Однако клетки сердца постоянно сокращаются, что лишает исследователей возможности контролировать движения бота.«Целью статьи было предоставить подробные рецепты и протоколы, чтобы другие могли легко дублировать работу и помочь еще больше проникнуть в идею« строительства с биологией », чтобы другие исследователи и преподаватели могли иметь инструменты и знания. создать эти биогибридные системы и попытаться решить проблемы в области здравоохранения, медицины и окружающей среды, с которыми мы сталкиваемся как общество », — заявил Рашид Башир, заслуженный председатель инженерного факультета Grainger и глава департамента биоинженерии в Иллинойсе.
«Революция 3D-печати дала нам инструменты, необходимые для« строительства с биологией »таким образом». — сказал Раман. «Мы перепроектировали пресс-форму для литья под давлением, напечатанную на 3D-принтере, чтобы произвести« кольца »скелетных мышц, которые можно было вручную перенести на любой из множества скелетов биоботов. Было показано, что эти кольца создают пассивные и активные силы натяжения, аналогичные создаваемым мышечными полосками.
«Используя оптогенетические методы, мы работали с сотрудниками из Массачусетского технологического института над генетической инженерией линии светочувствительных клеток скелетных мышц, которые можно было бы стимулировать к сокращению импульсами синего света с длиной волны 470 нм», — добавил Раман. «Полученные оптогенетические мышечные кольца были соединены со скелетами многоногих биоботов с симметричным геометрическим дизайном. Локальная стимуляция сокращения, ставшая возможной благодаря большему пространственно-временному контролю световых стимулов по сравнению с электрическими стимулами, использовалась для управления направленным движением и двумерным вращением. . "