脊髓给予生物机器人行走节奏

伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的研究人员开发的小行走“spinobots，”由老鼠的肌肉和脊髓组织上的软，3D打印水凝胶骨架。虽然生物机器人或生物机器人的前几代，可通过简单的肌肉收缩向前推进，脊髓的整合给他们带来了更多的自然行走的节奏，说研究的负责人玛莎·吉列，细胞和发育生物学教授。

“这些都是实现这一可能对神经计算和康复医学应用的交互生物设备方向的开端，”吉列说。

研究人员公布了他们的调查结果在杂志APL生物工程。

为了使spinobots，研究人员首先印制的小骨架：腿部两个职位和灵活的“脊梁”，只能隔着几毫米。然后，他们与肌肉细胞，长成肌肉组织种植它。最后，它们集成从大鼠腰脊髓的一段。

“我们特别选择了腰脊髓，因为以前的工作已经证明，它容纳了控制左，右交替行走时下肢的电路，”研究生科林·考夫曼，该论文的第一作者。 “从工程的角度看，神经元是必要的驱动更加复杂，协调的肌肉运动。对神经支配最具挑战性的障碍是，没有人以前曾经培养一个完整的啮齿动物的脊髓。”

研究者们设计出一种方法，不仅提取完整脊髓，然后培养它，但也将其集成到生物机器人和文化的肌肉和神经组织在一起，并做到这一点的方式，在神经元形成结与肌肉。

研究人员发现自发的肌肉收缩在spinobots，这表明期望的神经肌肉结点已经形成并且这两种细胞类型进行通信。要验证脊髓功能，因为它应该促进行走，添加谷氨酸研究者，一个神经传递素，神经的提示信号的肌肉收缩。

谷氨酸引起肌肉收缩和腿动起来在自然的行走节奏。当谷氨酸被冲洗掉，将spinobots停下了脚步。

接下来，研究人员计划进一步细化spinobots'运动，使他们的步态更加自然。研究人员希望这种小规模的脊髓整合是朝周围神经系统，这是难以在活的患者或动物模型研究的体外模型建立的第一步。

“的体外外周神经系统，脊髓，外生和神经支配肌肉的发展，可以让研究人员研究神经退行性疾病，如实时更为轻松访问所有受影响的部件的ALS，”考夫曼说。 “也有多种方式，这种技术可以用来作为外科手术培训工具，从作为取得了真正的生物组织的实际帮助进行手术本身就是一种实践假人。这些应用程序，就目前而言，在相当遥远未来，但完整的脊髓电路的包含是一个重要进步。”

资源 University of Illinois at Urbana-Champaign, News Bureau. "Spinal cord gives bio-bots walking rhythm." ScienceDaily. ScienceDaily, 28 April 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200428142401.htm>.