Людські епітеліальні клітини трахеї використали для створення самоорганізованих сферичних мікророботів, здатних до самостійного руху. Антроботи, як назвали біороботів розробники, можуть стати доставниками ліків до потрібних органів чи виконувати в організмі різноманітні функції, наприклад, сприяти загоєнню нервів, як показали експерименти. Досягнення опубліковане у журналі Advanced Science, а коротко про нього пише New Atlas.
Рух антробота поживним середовище з клітинами трахеї. Gizem Gumuskaya et al. / Advanced Science, 2023
Звідки взялася ідея створювати з клітин роботів?
Створенням біороботів із клітин науковці займаються вже не перший рік. У попередніх дослідженнях їм вдалося досягти самоорганізації клітин жаби Xenopus laevis у мікроскопічні сферичні структури, які можуть самостійно пересуватися за допомогою війок на клітинах. За назвою амфібії, таких біороботів назвали ксеноботами. У наступних дослідженнях навіть спромоглися наділити ксеноботів здатністю самовідтворюватися. Завдяки цим властивостям ксеноботи можуть знайти використання в медицині, наприклад, слугуючи доставниками ліків в організм, а також в екології, до прикладу, сприяючи очищенню водойм від мікро- і нанопластику.
У нових експериментах науковці Гарвардського університету та Університету Тафтса з колегами вирішили спробувати створити біоботів вже з людських клітин. Так вони хотіли перевірити, чи не зумовлені попередні досягнення лише особливостями жаб'ячих клітин. А ще, біороботи з людських клітин могли б усунути імунну реакцію на них, якщо створити їх із клітин самого пацієнта.
Як створили біороботів з людських клітин?
Для перших дослідів обрали клітини епітелію трахеї, які на відміну від попередніх дослідів, не стовбурові, а вже ціком диференційовані. Вони містять на поверхні війки і вже демонстрували здатність утворювати сферичні багатоклітинні структури з порожниною, у бік якої поверталися війки. Модифікуючи поживне середовище, у якому вирощували клітини, вчені досягли того, що війки у сферах спрямувалися назовні. Таким чином, їхня вібрація приводила у рух всю сферу, розміром від 30 до 500 мікрометрів. Утім, сфери рухалися по-різному, у залежності від ступеня покриття та розташування війок. Деякі просувалися по прямій лінії, інші закручувалися чи пересувалися хвилеподібно. Завдяки цьому можливо обрати біороботів із рухом, що найбільше відповідатиме бажаній задачі для них. Термін життя цих структур виявився обмеженим 45-60 днями.
Три варіанти антроботів. Gizem Gumuskaya
Подібно до створення назви ксеноботів, науковці назвали нове творіння антроботами — від грецького слова «антропос», що означає «людина».
Як антроботи посприяють загоюванню?
Застосування біороботів в тілі людини означатиме, що вони стикатимуться з тканинами, з якими у нормі не контактують. Тому вчені вирішили перевірити, як антроботи поводитимуться, наприклад, з нервовими клітинами. Для цього науковці виростили плоский шар нейронів людини, який злегка пошкрябали, щоб зімітувати пошкодження нерва. Відтак безпосередньо на шар нейронів помістили антроботів.
Антробот рухається у пошкодженій частині шару нейронів. Gizem Gumuskaya et al. / Advanced Science, 2023
Антроботи успішно пересувалися по поверхні нейронного шару та посприяли його відновленню. Рухаючись від одного краю розриву до іншого, антроботи усього за кілька днів призводили до формування «мостів», які заповнювали пошкодження. Для порівняння, подібного кріплення країв не відбувалося у місцях, де антроботів не було. При цьому товщина шару на місці колишнього розриву була такою ж, як і в непошкоджених місцях шару, вказуючи на повне відновлення цілісності нервової структури. Це дає надію, що антроботи могли б допомогти у відновленні пошкоджених нервів, зокрема спинного мозку, які наразі майже не регенерують. Але вчені сподіваються, що антроботи знайдуть ширше застосування — допомагатимуть очищувати судини від бляшок, розпізнаватимуть бактерії чи ракові клітини та доставлятимуть до потрібних органів і клітин медикаменти.
- З'єднувати нейрони після пошкоджень можуть допомогти і металеві роботи мікроскопічного розміру. Контролюючи їхній рух магнітами, науковці з'єднали клітини мозку пацюків усього за хвилину.
- А про те, якими бувають мікророботи та для чого ще їх створюють, читайте у нашому присвяченому темі розборі.