Rdzeń kręgowy daje bio-boty rytmu chodu

University of Illinois at Urbana-Champaign opracowali maleńką walking „spinobots,” Powered by mięśniach szczurów i rdzenia kręgowego tkankę miękką, 3D-drukowane hydrożelu szkielet. Podczas gdy poprzednie generacje robotów biologicznych lub bio-botów, można przesuwać do przodu przez proste skurczu mięśni, integracja rdzenia kręgowego nadaje im bardziej naturalny rytm chodu, powiedział lider badanie Martha Gillette, profesor biologii komórkowej i rozwojowej.

„Są to początki kierunku do interaktywnych urządzeń biologicznych, które mogłyby mieć zastosowanie do neurocomputing i dla medycyny naprawczej” Gillette powiedział.

Naukowcy opublikowali swoje odkrycia w czasopiśmie APL Bioinżynierii.

Aby dokonać spinobots, naukowcy najpierw drukowane malutki szkielet: dwa posty na nogi i elastyczny „kręgosłup”, tylko o kilka milimetrów średnicy. Potem zaszczepia się komórkami mięśni, które rosły w tkance mięśniowej. Wreszcie, zintegrowane one segmentu kręgowego lędźwiowego kręgosłupa od szczura.

„Specjalnie wybrano rdzenia kręgowego lędźwiowego, ponieważ wcześniejsze prace wykazały, że mieści się w nim, że obwody sterowania lewo-prawo naprzemienne dla kończyn dolnych podczas chodzenia,” powiedział student Collin Kaufman, pierwszy autor pracy. „Z punktu widzenia inżynierii, neurony są niezbędne do prowadzenia coraz bardziej złożonych, skoordynowanych ruchów mięśni. Najtrudniejszych przeszkodą dla unerwienia było to, że nikt nigdy nie hodować nienaruszony gryzoni rdzeń kręgowy przed”.

Badacze opracowanie sposobu nie tylko do wyodrębniania nienaruszonego rdzenia kręgowego i następnie hodowli, ale także do przyjmowania go do bio-bot i kultury tkanki mięśni i nerwów ze sobą, i to w taki sposób, że neurony tworzą węzły z mięśni.

Badacze widział spontanicznych skurczów mięśni w spinobots, sygnalizując, że pożądane nerwowo-mięśniowe i węzły utworzyły dwa rodzaje komórek komunikacji. Aby upewnić się, że rdzeń kręgowy uległ działa jak powinno się promować chodzenie, badacze dodatku glutaminianu, neuroprzekaźnik, które pobudza nerwy mięśnia sygnalizuje do zamówienia.

Glutaminian spowodowane mięśni do umowy i nogi poruszać się w naturalny rytm spaceru. Gdy glutaminian spłukania, że ​​spinobots przestał chodzić.

Następnie naukowcy planują dalsze precyzowanie ruchu spinobots', dzięki czemu ich chody bardziej naturalne. Naukowcy mają nadzieję, integracja rdzenia kręgowego na małą skalę jest pierwszym krokiem w kierunku stworzenia w modelach in vitro obwodowego układu nerwowego, który jest trudny do badania u chorych na żywo lub na modelach zwierzęcych.

„Rozwój in vitro w obwodowym układzie nerwowym, rdzeniu kręgowym, wypustkami i unerwionej mięśnia umożliwiają badaczy do badania chorób neurodegeneracyjnych, takich jak ALS, w czasie rzeczywistym, o większej łatwości dostępu do wszystkich części składowych wpłynęły” Kaufman mówi. „Istnieje również wiele sposobów, że ta technologia może być wykorzystywane jako chirurgiczne narzędzia szkoleniowego, z działając jako manekina praktyce wykonany z prawdziwej tkanki biologicznej faktycznie pomaga wykonać samą operację. Aplikacje te są na razie w dość odległe przyszłość, ale włączenie nienaruszonego rdzenia kręgowego obiegu jest ważnym krokiem naprzód „.