Podczas gdy wcześniejsze próby tworzenia biobotów koncentrowały się na wykorzystaniu włókien mięśniowych, amerykański zespół postanowił pójść zupełnie inną drogą. AggreBoty wykorzystują rzęski jako napęd – te same mikroskopijne struktury, które w naszych płucach pomagają usuwać zanieczyszczenia. To rozwiązanie wydaje się genialne w swojej prostocie, co opisano w czasopiśmie Science Advances.
Czytaj też: Roboty medyczne to nie science fiction. Wykonały już tysiące operacji w naszych szpitalach
Jak wyjaśnia zespół z Carnegie Mellon University:
Bioboty to mikroskopijne, stworzone przez człowieka maszyny biologiczne zdolne do autonomicznego ruchu i programowalne do wykonywania określonych zadań. Wcześniej ruchliwość biobotów koncentrowała się na wykorzystaniu włókien mięśniowych, które pozwalały im poruszać się poprzez kurczenie i rozluźnianie jak prawdziwe mięśnie.
AggreBoty to więcej niż zwykłe roboty
Kluczową innowacją w tym projekcie jest opracowanie modułowej strategii montażu. Naukowcy mogą precyzyjnie kontrolować lokalizację i ilość rzęsek na powierzchni tkanki, co pozwala programować konkretne wzorce ruchu. Łącząc różne sferoidy tkankowe – niektóre z aktywnymi rzęskami, inne bez nich – tworzą roboty o zaprojektowanych trajektoriach poruszania się.
Czytaj też: Nieludzka precyzja na stole pingpongowym. Robot z MIT zbliża się do granic ludzkich możliwości
Dhruv Bhattaram, jeden z badaczy zaangażowanych w projekt, wyjaśnia:
Przesuwamy naprzód alternatywną metodę zasilania tkanek biobotów za pomocą naszych AggreBotów. Poprzez proces łączenia różnych sferoidów w różne kształty, wraz z włączeniem niefunkcjonalnych sferoidów, możemy precyzyjnie kontrolować lokalizację i obfitość napędów rzęskowych na powierzchni tkanki, aby po raz pierwszy kierować zachowaniem CiliaBotów.
Victoria Webster-Wood, profesor inżynierii mechanicznej, dodaje:
Podejście Aggrebotów dodaje nowy wymiar projektowy do tego typu biobotów i robotów biohybrydowych. Możliwość modułowego łączenia różnych elementów rzęskowych i bezrzęskowych pozwoli przyszłym badaczom tworzyć bioroboty o specyficznych, zaprojektowanych wzorcach mobilności.
Najbardziej obiecującym aspektem tej technologii jest możliwość tworzenia robotów z komórek własnych pacjenta, co minimalizuje ryzyko odrzucenia przez organizm. Te mikroskopijne kuriery mogłyby dostarczać leki bezpośrednio do chorych tkanek, badać wpływ zanieczyszczeń na zdrowie oraz pomagać w zrozumieniu mechanizmów różnych chorób.
Xi (Charlie) Ren, profesor inżynierii biomedycznej, zauważa:
Ruchliwość ma znaczenie, ponieważ ciało to złożone środowisko. Komórkowe dostarczanie terapeutyków ma wielki potencjał, ale bez odpowiedniego mechanizmu napędu komórki mogą łatwo utknąć.
AggreBoty mogą okazać się szczególnie przydatne w badaniach nad chorobami wpływającymi na funkcjonowanie rzęsek, takimi jak pierwotna dyskineza rzęsek czy mukowiscydoza. W tej ostatniej gęsty śluz blokuje drogi oddechowe, utrudniając rzęskom ich naturalną pracę oczyszczania.
Istotną przewagą AggreBotów nad syntetycznymi rozwiązaniami jest ich pełna biokompatybilność i biodegradowalność. Wykonane wyłącznie z materiałów biologicznych, naturalnie rozkładają się w organizmie po wykonaniu zadania, co stanowi znaczącą zaletę w porównaniu z syntetycznymi nanorobotami, które mogą gromadzić się w tkankach.
Zespół planuje dalszy rozwój platformy, mając na uwadze potrzeby zarówno środowiska naukowego zajmującego się biorobotyką, jak i klinicystów oraz badaczy medycznych studiujących funkcjonowanie rzęsek w różnych schorzeniach.
Xi (Charlie) Ren dodaje:
Od pomocy w zrozumieniu wpływu zagrożeń środowiskowych na zdrowie po ułatwienie dostarczania terapeutyków in vivo, CiliaBoty mają szereg potencjalnych zastosowań i ekscytujące jest bycie częścią ich ewolucji.
AggreBoty reprezentują fascynujące połączenie precyzyjnej inżynierii z naturalną biologią. Jeśli uda się pokonać kolejne przeszkody, ta technologia może w przyszłości zaoferować zupełnie nowe możliwości w leczeniu chorób na poziomie komórkowym. Na razie jednak obserwujemy dopiero pierwsze, choć niezwykle obiecujące, kroki w tej dziedzinie.