Антроботы: ученые создали биороботов из клеток человека
Исследователи из Университета Тафтса и Института Висса Гарвардского университета создали биологических роботов, которых они называют Антроботами. Многоклеточные роботы сформировались из клеток трахеи человека. Они могут перемещаться по поверхности взмахивая ресничками и стимулируют рост нейронов в области повреждений в лабораторной чашке.
Многоклеточные роботы размером от ширины человеческого волоса до кончика заостренного карандаша возникают в процессе самосборки и, как было доказано, оказывают замечательное целебное воздействие на другие клетки. Это открытие является отправной точкой для исследований с использованием биоботов в качестве новых терапевтических инструментов для регенерации тканей и лечения болезней.
Антроботы. Tufts University
Эта работа является продолжением исследований, проведенных в лабораториях Майкла Левина, профессора биологии Ванневара Буша в Школе искусств и наук Университета Тафтса, и Джоша Бонгарда из Университета Вермонта. Они создали многоклеточных биологических роботов из клеток эмбриона лягушки, называемых ксеноботами. Они умеют двигаться по лабиринту, сбирать крупицы материала (одна из идей — приспособить их собирать микромусор из воды), сохранять информацию, восстанавливаться после травм и даже самостоятельно размножаться в течение нескольких поколений.
Ксеноботы. Tufts University
В то время исследователи не знали, зависят ли эти способности от того, что ксеноботы получены из эмбриона амфибии, или же биоботы могут быть созданы из клеток других видов.
Теперь Левин вместе Гизем Гумусская обнаружили, что боты могут быть созданы из клеток взрослого человека без каких-либо генетических модификаций, и они демонстрируют некоторые возможности, превосходящие те, которые наблюдались у ксеноботов.
На что способна клетка
Открытие ставит более широкий вопрос: каковы правила, управляющие тем, как клетки собираются и работают вместе в организме, и могут ли клетки быть вырваны из их естественного контекста и рекомбинированы в различные «планы тела» и начать выполнять другие функции?
В данном случае исследователи дали человеческим клеткам после десятилетий спокойной жизни в трахее шанс перезагрузиться и найти способы создания новых структур.
«Мы хотели выяснить, на что способны клетки, помимо выполнения стандартных функций в организме», — говорит Гумусская. — «Путем перепрограммирования взаимодействия между клетками можно создавать новые многоклеточные структуры, аналогично тому, как камень и кирпич можно объединять в различные структурные элементы, такие как стены, арки или колонны».
Исследователи обнаружили, что клетки не только могут создавать новые многоклеточные формы, но и могут перемещаться по поверхности культуры человеческих нейронов, выращенных в лабораторной чашке, и стимулировать рост нейронов, чтобы заполнить пробелы, процарапанные в слое клеток.
Антробот двигается по царапине в культуре нейронов. Gizem Gumuskaya, Tufts University
Как именно Антроботы стимулируют рост нейронов, пока неясно, но исследователи подтвердили, что нейроны росли под областью, покрытой кластерами антроботов.
По мнению исследователей, дальнейшее развитие ботов может привести к другим приложениям, включая очистку от бляшек артерий у пациентов с атеросклерозом, восстановление повреждений спинного мозга или нервов сетчатки, распознавание бактерий или раковых клеток или доставку лекарств в целевые ткани. Антроботы теоретически могут помочь в заживлении тканей и создании регенеративных лекарств.
Возникновение новых структур и восстановление старых
Гумуская объяснила, что клетки обладают врожденной способностью самосборки в более крупные структуры определенными фундаментальными способами. «Клетки могут образовывать слои, сворачиваться, образовывать сферы, ориетироваться и разделяться по типам, сливаться вместе или даже двигаться», — говорит Гумуская.
«Два важных отличия от неодушевленных кирпичиков заключаются в том, что клетки могут взаимодействовать друг с другом и динамически создавать эти структуры, и каждая клетка запрограммирована множеством функций, таких как движение, секреция молекул, обнаружение сигналов и многое другое. Объедините эти элементы, и вы получите новые биологические структуры и функции, совершенно отличные от тех, которые встречаются в природе».
Использование преимуществ изначально гибких правил сборки клеток помогает ученым создавать ботов, но также может помочь им понять, как собираются естественные структуры тела, как геном и окружающая среда работают вместе, создавая ткани, органы и конечности, а также как восстанавливать их с помощью регенеративных процедур.