Исследователи из Университета Иллинойса объединили неповрежденный спинной мозг крысы с тканевой трехмерной мышечной системой. Они описывают новую биогибридную систему в журнале APL Bioengineering от AIP Publishing.
Биологические роботы или биоботы черпают вдохновение из природных систем, имитируя движения организмов, такие как плавание или прыжки. Улучшения в биоботах для лучшей репликации сложных моторных поведений могут привести к созданию захватывающих приложений для биороботической инженерии, которые решат реальные проблемы. Однако это требует создания биогибридных роботов — биоботов, состоящих как из органических, так и из искусственных материалов, что является сложной задачей.
После культивирования системы в течение семи дней исследователи обнаружили, что двигательные нейроны спинного мозга начинают производить электрическую активность, которая вызывает сокращение в искусственных мышцах, отражая поведение периферической нервной системы.
«Когда мы посмотрели более глубоко на то, как развивается интерфейс между нейронами и мышцами, мы были очень взволнованы, наблюдая много общего между нашим спиноботом, созданным с помощью ткани, и развитием in vivo».
Коллин Кауфман, аспирант UIUC в области неврологии.
Этот результат указывает на то, что спинной мозг является жизнеспособным механизмом для контроля мышечного поведения, даже когда он удален из естественной среды. Исследователи также проверили это, варьируя концентрацию нейротрансмиттеров в системе. Когда присутствовали дополнительные нейротрансмиттеры, сокращения становились более структурированными и последовательными, а когда они блокировались, то подергивание уменьшалось.
Поскольку изучение периферической нервной системы может быть очень трудным, способность наблюдать его извне, как продемонстрировано в настоящем исследовании, может привести к большим успехам в медицине.
Одним из возможных примеров является болезнь Лу Герига, также известная как боковой амиотрофический склероз, когда гибель нейронов приводит к возможной потере двигательной функции. Развивая внешнюю периферическую нервную систему, исследователи могут изучать БАС с легкостью доступа к пораженным компонентам в режиме реального времени.
«Следующие шаги по изучению такой болезни на удивление близки. Заменив мышцу, спинной мозг или любую комбинацию двух тканей на модель у БАС-больного, исследователи смогут изучить, как больные нейроны взаимодействуют со здоровыми мышцами».
Коллин Кауфман, аспирант UIUC в области неврологии.
Кроме того, гибридные биоботы могут быть использованы в качестве хирургического учебного пособия, что позволяет студентам-медикам выполнять практические операции на реальных биологических тканях.