Будущее рядом: роботы из биологических тканей

Будущее рядом: роботы из биологических тканей

Разнообразие и безупречное устройство живых организмов всегда вдохновляли художников и инженеров. Сейчас робототехники копируют строение, способы передвижения и даже манеры поведения живых существ, так идеально сконструированных природой в ходе эволюции. Чтобы имитировать сложные моторные функции, задействованные при прыжках, плавании и беге, роботов собирают из пластичных материалов. Роботы из гидрогелей, мягких пластиков и металлов, вроде алюминия, двигаются плавно, могут захватывать предметы, преодолевать препятствия и перемещаться под водой.

Тем не менее, искусственные материалы пока не способны превзойти живые ткани в функциональности. Поэтому исследователи пытаются объединить свойства искусственных и биологических тканей в гибридных механических системах. Клетки сердечных и скелетных мышц уже опробованы в работе вне тела.

Ткани сердца обеспечивают ритмичные сокращения и не требуют внешних устройств для запуска движения. Но частота сокращений при этом меняется мало. Мышцы двигательного аппарата живых существ, напротив, обеспечивают широкий спектр движений. Гибриды инженерной мышечной ткани с живыми клетками способны постоянно сокращаться в течение 250 дней, но нуждаются во внешнем механизме управления. У позвоночных контроль за сокращением мышц обеспечивает нервная система: ствол мозга и спинной мозг.

Стимуляция инженерной мышечной ткани электрическими полями, химическими препаратами и светом не могут заменить слаженную работу нервной системы. Новая работа исследователей из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне демонстрирует гибридного биоробота, искусственными мышцами которого управляет настоящий спинной мозг крысы. Работа, опубликованная в журнале APL Bioengineering, показала, что в спинном мозге есть шаблоны сокращений, и участие ствола в регуляции движений не требуется.

В экспериментах ученые извлекли спинной мозг из поясничного отдела позвоночника новорожденных крыс. К нейронам этой области прикрепляются мышцы задних конечностей. Мышечные ткани искусственно выращивали на столбчатых «сухожилиях» из полиэтиленгликоля (ПЭГ), напечатанном на 3D-принтере. Вокруг столбов высевали гель, состоящий из белков миобластов, предшественников мышечных клеток тела, и белков крови. На стадии развития искусственных мышц, которая соответствовала «возрасту» спинного мозга при естественном эмбриональном росте, мышцы соединили с нейронами извлеченного спинного мозга крысы.

Через 7 дней после введения спинного мозга в выращенную мышечную ткань двигательные нейроны проросли в искусственные мышцы и начали проявлять электрическую активность, вызывая сокращения в мышцах. Спинной мозг воспроизвел деятельность периферической нервной системы по управлению двигательными функциями живого организма, находясь вне тела! Сокращения мышц были спонтанными. Чтобы вызвать сокращения в определенных мышцах, связанные с ними нейроны стимулировали глутаматом. Препарат с противоположными глутамату свойствами блокировал сокращения искусственных мышц. Комбинация препаратов позволила создать сложный рисунок движения биоробота с нужной амплитудой и в требуемой последовательности.

Способность наблюдать деятельность спинного мозга вне организма пригодится в медицинских исследованиях. Например, при изучении болезни Лу Герига, также известной как боковой амиотрофический склероз. Заболевание приводит к гибели нейронов и возможной потере двигательной функции. Замена мышц и тканей спинного мозга на гибридную систему, разработанную учеными, поможет отследить процессы взаимодействия больных нейронов со здоровыми тканями. Биоробот также пригодится в учебных операциях будущих хирургов и при разработке медицинских препаратов.


Влад Кулиев, Supreme2.Ru

Коды для вставки в блог\форум




Интересные новости
Украинские ученые получили "Шнобелевскую премию"Украинские ученые получили "Шнобелевскую премию"
Билл Гейтс рассказал, когда закончится пандемия коронавирусаБилл Гейтс рассказал, когда закончится пандемия коронавируса
Созданы алмазные коллоиды для первых оптических компьютеровСозданы алмазные коллоиды для первых оптических компьютеров
Для поиска жизни на Марсе ровер Perseverance будет использовать мощный рентгенДля поиска жизни на Марсе ровер Perseverance будет использовать мощный рентген
Физики открыли новый тип сверхпроводниковФизики открыли новый тип сверхпроводников
Блок рекламы


Похожие новости

Рядом с черной дырой найдена самая быстрая звезда в нашей галактикеРядом с черной дырой найдена самая быстрая звезда в нашей галактике
В следующие десять лет в Европе роботы займут более 50 млн рабочих местВ следующие десять лет в Европе роботы займут более 50 млн рабочих мест
Киборги уже рядом: китайские ученые создали искусственный глаз, который видит лучше настоящегоКиборги уже рядом: китайские ученые создали искусственный глаз, который видит лучше настоящего
Роботы Boston Dynamics помогают врачам бороться с коронавирусомРоботы Boston Dynamics помогают врачам бороться с коронавирусом
В Токио открыли кафе, где трудятся роботы Pepper и обычные официантыВ Токио открыли кафе, где трудятся роботы Pepper и обычные официанты
Роботы будущего смогут обучаться сами чему угодноРоботы будущего смогут обучаться сами чему угодно
Роботы-охранники оказались трусливыми шпионамиРоботы-охранники оказались трусливыми шпионами
Созданы микророботы, парящие в магнитных поляхСозданы микророботы, парящие в магнитных полях
Роботы научились ориентироваться на местностиРоботы научились ориентироваться на местности
Роботы научились строить космические кораблиРоботы научились строить космические корабли
Последние новости

Подгружаем последние новости