Une toute nouvelle approche d'ingénierie pour générer des robots biologiques « concepteurs » utilisant des cellules pulmonaires humaines est en cours au Ren Lab de l'Université Carnegie Mellon. Référés comme des agrèmes, ces robots vivants à l'échelle microscopique peuvent un jour traverser les environnements complexes du corps pour fournir des interventions thérapeutiques ou mécaniques souhaitées, une fois que un contrôle plus important est obtenu par rapport à leurs schémas de motilité. Dans de nouvelles recherches publiées dans Avancées scientifiquesle groupe fournit une nouvelle plate-forme d'ingénierie tissulaire capable d'atteindre une motilité personnalisable dans les agrages en contrôlant activement leurs paramètres structurels.
Les biobots sont des machines biologiques microscopiques et artificielles capables de mouvement autonome et de programmabilité pour effectuer des tâches ou des comportements spécifiques. Auparavant, l'activation de la motilité des Biobots a été centrée sur l'utilisation des fibres musculaires, qui leur permettent de se déplacer en se contractant et en se détendant comme de vrais muscles.
Un nouveau mécanisme alternatif d'actionnement peut être trouvé en utilisant des cils, les hélices nanoscopiques, ressemblant à des cheveux et organiques qui déplacent continuellement des fluides dans le corps (comme dans les poumons) et aident certaines créatures aquatiques, comme Paramecium Ou peigner les gelées, nager. Cependant, un moyen fiable de contrôler la forme et la structure exactes d'un biobot alimenté par des cils (Ciliabot, pour faire court), et donc son résultat de motilité, s'est révélé difficile à trouver.
Le laboratoire de Ren a été le pionnier d'une nouvelle stratégie d'assemblage modulaire pour les ciliabots, en utilisant l'agrégation spatialement contrôlée de sphéroïdes tissulaires, que leurs ingénieurs de laboratoire à partir de cellules souches pulmonaires. En utilisant la stratégie, ces ciliabots agrégés (AggRebots) peuvent incorporer des sphéroïdes de cellules souches portant une mutation génétique qui rend les cils dans des régions spécifiques non fonctionnelles et immobiles.
Dhruv Bhattaram, premier auteur du journal et du doctorat de l'ingénierie biomédicale. L'étudiant a comparé le processus à la suppression des rames aux emplacements choisis sur une chalette tout en pagayant.
Nous faisons avancer une méthode alternative pour alimenter les tissus Biobot avec nos Aggrebots. Grâce au processus de fusion de différents sphéroïdes en différentes formes, ainsi que l'inclusion de sphéroïdes non fonctionnels, nous pouvons contrôler avec précision l'emplacement et l'abondance des hélices de cils pour la première fois sur la surface du tissu pour diriger le comportement de CILIABOT. Il s'agit d'un pas en avant fondateur dans lequel nous et d'autres pouvons investir du temps pour des résultats productifs. «
Dhruv Bhattaram, premier auteur du journal
« L'approche Aggrebots ajoute une nouvelle dimension de conception à ces types de biobots et de robots biohybrides », a ajouté Victoria Webster-Wood, professeur agrégé de génie mécanique. « La possibilité de combiner différents éléments ciliés et non liés permettra à de futurs chercheurs de créer des biobots avec des schémas de mobilité spécifiques. Parce que les Aggrebots sont entièrement fabriqués à partir de matériaux biologiques, ils sont naturellement biodégradables et biocompatibles, ce qui peut permettre leur application directe dans les milieux médicaux à l'avenir. »
Alors que le laboratoire REN continue de s'appuyer sur la plate-forme, ils reconnaissent que la technologie pourrait bénéficier à un large éventail de publics, y compris ceux de la communauté biorobotique, des cliniciens et des chercheurs médicaux qui étudient comment les cils travaillent dans des maladies comme la dyskinésie ciliaire primaire ou dans la mue épaisse à haute teneur en vibrose kystique. Notamment, les ciliabots peuvent être fabriqués à partir de cellules d'un patient, qui pourraient être utilisées pour générer des véhicules de livraison thérapeutique personnalisés sans courir le risque de rejet immunitaire.
La motilité est importante, car le corps est un environnement complexe. La livraison cellulaire de thérapeutique a un grand potentiel, mais sans un mécanisme de propulsion approprié, les cellules peuvent facilement rester coincées. Nous avons suivi un chemin que les gens peuvent utiliser pour contrôler la motilité du ciliabot. En nous aidant à comprendre l'impact sur la santé des risques environnementaux pour faciliter la livraison thérapeutique in vivo, les ciliabots ont une bande d'utilisations potentielles, et c'est excitant de faire partie de leur évolution. «
Xi (Charlie) Ren, professeur agrégé de génie biomédical
