Биороботы могут восстанавливать поврежденную нервную ткань
За последнее десятилетие интерес к разработке биороботов — крошечных машин, созданных из биологических тканей, — стремительно вырос. И не без оснований: потенциальные возможности применения в человеческой практике многообразны — от производства инсулина до восстановления спинного мозга. Группа американских исследователей объявила о том, что им удалось создать биороботов из человеческих клеток, которые могут помочь в заживлении нервных тканей.
В 2020 году исследователи из Университета Тафтса и Университета Вермонта создали первых крошечных биологических роботов из клеток кожи лягушки. Эти роботы, называемые ксеноботами, могут плавать в жидкости, толкать полезный груз, работать вместе и даже восстанавливать себя в случае повреждения. В следующем году они представили усовершенствованную версию своих ксеноботов: они двигались быстрее, но, что более важно, могли самовоспроизводиться из отдельных клеток.
Ограничивается ли способность создавать самоходную многоклеточную живую конструкцию со структурой тела и поведением, отличными от стандартного вида, эмбриональными тканями амфибий? Чтобы проверить это, та же команда разработала новую форму биоробота, используя эпителиальные клетки бронхов человека — цель состоит в том, чтобы разработать роботов, более совместимых с человеческим телом, для потенциального будущего медицинского применения.
Биороботы "мосты", способствующие заживлению ран
Эти крошечные машины, называемые антроботами, представляют собой многоклеточных биологических роботов сфероидной формы и диаметром от 30 до 500 микрометров. Благодаря ресничкам, покрывающим их поверхность, они способны перемещаться в водной среде со скоростью от 5 до 50 мкм/с. "Каждый антробот изначально представляет собой одну клетку, полученную из легкого взрослого человека, которая превращается в мобильную многоклеточную биологическую машину после культивирования во внеклеточном матриксе в течение двух недель", — объясняют исследователи. После формирования антроботы могут выживать в течение четырех-шести недель (в лабораторных условиях) и полностью биоразлагаемы.
Антропоботы могут принимать различные морфологии (исследователи выделили три основных морфотипа), от маленьких до более крупных тел, с более или менее поляризованным покрытием ресничек, сферической или эллипсоидной формы, каждый из которых коррелирует с определенным типом движения (круговое, линейное, криволинейное и эклектическое). Таким образом, эти роботы могут следовать нескольким моделям движения и, следовательно, способны перемещаться по живой человеческой ткани различными способами.
Но это еще не все: антроботы демонстрируют совершенно неожиданное поведение, учитывая их происхождение от статического эпителия трахеи; они могут пересекать раны в нервной ткани человека! Основываясь на этом наблюдении, исследователи захотели проверить, как эти роботы ведут себя в присутствии других клеток. В лабораторном эксперименте биолог Майкл Левин и его коллеги впервые собрали несколько антроботов в небольшом пространстве, чтобы облегчить их объединение в "суперботов".
Затем они поместили эти суперботы на несколько участков поврежденной живой ткани, состоящей из клеток нейронов человека, так, чтобы они покрывали всю ширину повреждения. Результат оказался удивительным: "В течение 72 часов после инокуляции суперботов в разрыв ткани мы наблюдали существенное отрастание родной ткани, что привело к образованию пятна чуть ниже "мостиков суперботов", соединяющих две стороны рубца", — описывает команда в своей .
Следует отметить, что это заживление наблюдалось только в местах инокуляции суперботов и ни в каких других местах внутри поражения, что позволяет предположить, что сборки антропоботов вызывают эффективное заживление живой нервной ткани.
Это открывает целый ряд биомедицинских применений. Существует множество возможных применений in vitro и in vivo для таких живых машин, не в последнюю очередь потому, что теперь они могут состоять из собственных клеток пациента. "Антроботы получены из тканей взрослого человека и в будущем могут быть адаптированы для каждого пациента, что позволит безопасно внедрять этих роботов в организм человека in vivo, не вызывая воспаления и не провоцируя иммунный ответ", — говорят исследователи.
Например, эти роботы могут быть использованы для удаления атеросклеротических бляшек у пациентов с атеросклерозом, для локальной доставки лекарств или для лечения клеточных повреждений, которые могут возникнуть после инсульта или паралича. Теперь команда планирует попробовать создать антропоботов из других типов клеток, изучить их поведение в различных средах и, возможно, обнаружить другие полезные способности.