Rückenmark gibt Bio-Bots Gehrhythmus

University of Illinois in Urbana-Champaign Forschern das winzige walking „spinobots“ entwickelte angetrieben durch Rattenmuskel und Rückenmarksgewebe auf einem weichen, Hydrogel Skelett 3D-gedruckt. Während frühere Generationen von biologischen Roboter oder Bio-Bots, durch einfache Muskelkontraktion vorwärts bewegen konnte, so dass sie ein natürlicheres Gehrhythmus die Integration des Rückenmarks gibt, sagte Studienleiter Martha Gillette, Professor für Zell- und Entwicklungsbiologie.

„Das sind die Anfänge einer Richtung auf der interaktiven biologischen Geräte sind, die Anwendungen für Neuro und für restaurative Medizin haben könnte“, sagte Gillette.

Die Forscher ihre Ergebnisse in der Zeitschrift APL Bioengineering veröffentlicht.

Um die spinobots zu machen, die Forscher zunächst das kleine Skelett gedruckt: zwei Pfosten für Beine und ein flexibles „Rückgrat“, nur wenige Millimeter über. Dann sie ausgesät es mit Muskelzellen, die in das Muskelgewebe wuchs. Schließlich integriert sie ein Segment des lumbalen Rückenmarks einer Ratte.

„Wir speziell die Lendenrückenmark ausgewählt, weil frühere Arbeiten haben gezeigt, dass es die Schaltungen beherbergt die Steuerung links-rechts Wechsel für die unteren Gliedmaßen beim Gehen“, sagte Doktorand Collin Kaufman, der erste Autor des Papiers. „Aus technischen Sicht Neuronen notwendig ist, um immer komplexere, koordinieren Muskelbewegungen zu fahren. Das schwierigste Hindernis für Innervation, dass niemand war hatte je zuvor eine intakte Nagetier Rückenmark kultiviert.“

Die Forscher hatten, ein Verfahren zu entwickeln, nicht nur die intakte Rückenmark und dann Kultur zu extrahieren, sondern auch die Muskel- und Nervengewebe zusammen, um es auf dem Bio-bietet und die Kultur zu integrieren, und in einer Art und Weise tun, dass die Neuronen Gänge bilden mit dem Muskel.

Die Forscher sahen spontane Muskelkontraktionen im spinobots, Signalisierung, daß die gewünschten neuromuskularem junctions gebildet hatte und die beiden Zelltypen wurden in Verbindung steht. Um sicherzustellen, dass das Rückenmark funktioniert wurde, wie es sollte zu Fuß fördern, die Forscher hinzugefügt Glutamat, ein Neurotransmitter, dass Aufforderungen Nerven Muskeln Vertrag zu signalisieren.

Die Glutamat verursacht den Muskel Vertrag und die Beine bewegen sich in einem natürlichen Gehrhythmus. Wenn das Glutamat wurde weggespült, stoppte die spinobots Fuß.

Als nächstes wollen die Forscher weiter zu verfeinern die Bewegung spinobots, ihre GGA natürlicher zu machen. Die Forscher hoffen, dass diese kleinräumigen Rückenmark-Integration ist ein erster Schritt zur in vitro Modelle des peripheren Nervensystems zu schaffen, die zur Untersuchung in lebenden Patienten oder Tiermodellen schwierig ist.

„Die Entwicklung eines in-vitro-peripheres Nervensystem, Rückenmark, Auswüchse und innervated Muskel erlauben könnte Forscher neurodegenerativen Erkrankungen wie ALS in Echtzeit mit leichterem Zugang zu allen den betroffenen Komponenten zu studieren“, sagte Kaufman. „Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, dass diese Technologie als chirurgisches Trainingsgerät verwendet werden könnte, als eine Praxis Dummy vom Handeln aus realen biologischen Geweben, um tatsächlich durchführen zu helfen, die Operation selbst. Diese Anwendungen sind für jetzt, in der ziemlich weit entfernten Zukunft, aber die Aufnahme von intaktem Rückenmark-Schaltung ist ein wichtiger Schritt nach vorn.“