Здоровье и медицина

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.

Команда выделила три основных морфотипа: антроботы первого типа - маленькие, правильной формы, плотно и равномерно покрытые ресницами. Роботы типов 2 и 3 крупнее, имеют более неправильную форму и более рыхлый рисунок ресниц, причем роботы типа 3 демонстрируют гораздо более поляризованное покрытие ресниц.

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 препринтной статье.

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.

(A) Микрографический образец мостика над нейрональным рубцом с течением времени. (B) Наложение мостика супербот и индуцированного пятна в конце наблюдения. (C) Иммуноокрашивание фиксированных нейронов на третий день после введения ботов в систему, показывающее индуцированное восстановление нейронов в месте имплантации.

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.

Подпишитесь на нас: Яндекс.Новости / Вконтакте / Telegram
Back to top button