Robotik: Kleine lebende Roboter aus menschlichen Zellen überraschten Wissenschaftler

Die Studie wurde am Donnerstag in veröffentlicht Fortgeschrittenes Wissenschaftsjournal.

Die Wissenschaftler verwendeten erwachsene menschliche Zellen aus der Luftröhre, also der Luftröhre, von anonymen Spendern unterschiedlichen Alters und Geschlechts. Gizem, Co-Autor der Studie, sagte, die Forscher hätten sich auf diesen Zelltyp konzentriert, weil er aufgrund der Arbeit an Coronaviren und Lungenerkrankungen relativ leicht zugänglich sei und, was noch wichtiger sei, wegen der Eigenschaft, von der Wissenschaftler glauben, dass sie die Zellen beweglich mache. Gumoskaya, Doktorandin an der Tufts University.

Trachealzellen sind mit haarähnlichen Vorsprüngen, sogenannten Zilien, bedeckt, die hin und her winken. Normalerweise helfen sie den Bronchialzellen, kleine Partikel auszustoßen, die in die Atemwege der Lunge gelangen. Frühere Studien haben auch gezeigt, dass Zellen Organoide bilden können, Zellklumpen, die in der Forschung häufig verwendet werden.

Gomoskaya experimentierte mit der chemischen Zusammensetzung und den Wachstumsbedingungen von Trachealzellen und fand einen Weg, die Flimmerhärchen auf Organoiden dazu zu bringen, nach außen zu zeigen. Sobald sie die richtige Matrix gefunden hatten, wurden die Organellen nach ein paar Tagen mobil, wobei die Flimmerhärchen gewissermaßen wie Paddel wirkten.

„Am ersten oder zweiten oder vierten oder fünften Tag passierte nichts, aber wie es in der Biologie normalerweise der Fall ist, kam es um den siebten Tag herum zu einer schnellen Wende“, sagte sie. „Es war wie eine blühende Blume. Am siebten Tag hatten sich die Flimmerhärchen umgedreht und waren außen.

„Bei unserer Methode wächst jeder Roboter aus einer einzigen Zelle.“

Diese Selbstorganisation macht es einzigartig. Die biologischen Roboter wurden von anderen Wissenschaftlern hergestellt, aber sie wurden handgefertigt, indem eine Form und Samenzellen hergestellt wurden, auf denen man leben konnte, sagte Levine.

Verschiedene Formen und Größen

Die vom Team erstellten Roboter waren nicht identisch.

Einige waren kugelförmig und vollständig mit Flimmerhärchen bedeckt, während andere fußballförmig und unregelmäßig mit Flimmerhärchen bedeckt waren. Sie bewegten sich auch auf unterschiedliche Weise – einige in geraden Linien, andere in engen Kreisen, während andere saßen und schaukelten, heißt es in einer Pressemitteilung über die Studie. Sie haben unter Laborbedingungen bis zu 60 Tage überlebt.

Levine und Gomoskaya sagten, die in dieser neuesten Studie beschriebenen Experimente seien noch in einem frühen Stadium, das Ziel bestehe jedoch darin, herauszufinden, ob die Roboter medizinische Anwendungen haben könnten. Um herauszufinden, ob solche Anwendungen möglich sind, untersuchten die Forscher, ob Roboter in der Lage sind, sich über menschliche Neuronen zu bewegen, die in einer Laborschale gezüchtet wurden, die „zerkratzt“ wurde, um Schäden nachzuahmen.

Sie waren überrascht, dass die Roboter das Wachstum im beschädigten Bereich der Neuronen förderten, obwohl die Forscher noch nicht verstehen, warum das so ist. Die Studie deutete auf einen Heilungsmechanismus hin.

Falk Tauber, Gruppenleiter am Freiburger Zentrum für interaktive Materialien und Biotechnologien an der Universität Freiburg in Deutschland, sagte, die Studie biete eine Grundlage für zukünftige Bemühungen, Bioroboter für verschiedene Aufgaben einzusetzen und sie in verschiedene Formen zu bringen.

Tauber, der nicht an der Forschung beteiligt war, sagte, die Roboter hätten „überraschendes Verhalten“ gezeigt, insbesondere wenn sie sich durch Kratzer in menschlichen Neuronen bewegten und diese schließlich abschalteten.

Die Fähigkeit, diese Strukturen aus den eigenen Zellen eines Patienten zu erzeugen, lege vielfältige Anwendungsmöglichkeiten sowohl im Labor als auch möglicherweise irgendwann beim Menschen nahe, sagte er.