la médula espinal da bio-robots que caminan ritmo

Universidad de Illinois en Urbana-Champaign investigadores desarrolló el diminuto pie "" spinobots impulsados ​​por músculo de rata y el tejido de la médula espinal en un suave, 3D-impreso esqueleto de hidrogel. Mientras que las anteriores generaciones de robots biológicos, o bio-robots, podrían avanzar por simple contracción muscular, la integración de la médula espinal les da un ritmo caminar más natural, dijo el líder del estudio Martha Gillette, profesor de biología celular y del desarrollo.

"Estos son los inicios de una dirección hacia dispositivos biológicos interactivos que podrían tener aplicaciones para Neurocomputación y para la medicina reparadora", dijo Gillette.

Los investigadores publicaron sus hallazgos en la revista APL Bioingeniería.

Para hacer que los spinobots, los investigadores imprimieron por primera vez el pequeño esqueleto: dos puestos para las piernas y una "columna vertebral", flexibles sólo unos pocos milímetros de diámetro. Luego, se sembraron con células musculares, que crecieron en el tejido muscular. Por último, se integran un segmento de médula espinal lumbar de una rata.

"Elegimos específicamente la médula espinal lumbar, porque el trabajo previo ha demostrado que alberga los circuitos de control que la alternancia izquierda-derecha de las extremidades inferiores durante caminar," dijo el estudiante graduado Collin Kaufman, el primer autor del artículo. "Desde una perspectiva de ingeniería, las neuronas son necesarias para conducir los movimientos musculares cada vez más complejos y coordinados. El obstáculo más difícil para la inervación era que nadie había cultivado un roedor de la médula espinal intacta antes."

Los investigadores tuvieron que idear un método no sólo para extraer la médula espinal intacta y la cultura entonces, sino también para integrarlo en el bio-bot y la cultura del músculo y tejido nervioso juntos, y hacerlo de una forma en que las neuronas forman uniones con el músculo.

Los investigadores observaron contracciones musculares espontáneas en las spinobots, señalando que las uniones neuro-muscular deseados habían formado y los dos tipos de células se comunica. Para verificar que la médula espinal estaba funcionando como debería promover el senderismo, los investigadores glutamato añadido, un neurotransmisor que le pide nervios para señalar músculo se contraiga.

El glutamato hizo que el músculo se contraiga y las piernas para moverse en un ritmo natural de caminar. Cuando el glutamato se enjuaga, los spinobots dejó de caminar.

A continuación, los investigadores planean refinar aún más el movimiento de los spinobots', haciendo que sus aires más natural. Los investigadores esperan que esta pequeña escala de integración de la médula espinal es un primer paso hacia la creación de modelos in vitro del sistema nervioso periférico, que es difícil de estudiar en pacientes vivos o modelos animales.

"El desarrollo de un sistema in vitro nervioso periférico, la médula espinal, excrecencias y el músculo inervado, podría permitir a los investigadores a estudiar las enfermedades neurodegenerativas tales como ELA en tiempo real con una mayor facilidad de acceso a todos los componentes afectados", dijo Kaufman. "También hay una variedad de maneras en que esta tecnología podría ser utilizada como una herramienta de entrenamiento quirúrgico, de actuar como un maniquí práctica hecha de tejido biológico real para ayudar realmente a realizar la cirugía en sí. Estas aplicaciones son, por ahora, en el bastante distante futuro, pero la inclusión de un circuito de la médula espinal intacta es un paso importante hacia adelante ".