Биороботы, созданные из живых клеток, разрабатываются для выполнения различных задач внутри человеческого организма, от доставки лекарств до распознавания раковых клеток. Ученые из Гарвардского университета предприняли попытку создать своего собственного биоробота, используя клетки трахеи человека.
Ученые, основываясь на ранней работе, использовали клетки эмбриона лягушки для создания многоклеточного биоробота, который назвали ксеноботом, способного к навигации, записи информации и самовосстановлению. В то время ученые не были уверены, объясняются ли эти возможности тем, что ксенобот был сделан из клеток лягушки, или же биоробот можно сконструировать из клеток других видов.
В нынешнем исследовании ученые хотели выяснить, можно ли удалить клетки из их естественной среды обитания и рекомбинировать в различные ткани организма для выполнения иных функций. Они обнаружили, что биороботы могут быть созданы из клеток взрослого человека без генетической модификации и с расширенными возможностями.
Ученые хотели исследовать, на что способны клетки, помимо создания стандартных функций в организме. Перепрограммируя взаимодействие между клетками, можно создавать новые многоклеточные структуры, аналогично тому, как камень и кирпич могут быть скомпонованы в различные конструктивные элементы, такие как стены, арки или колонны.
Ученые начали с клеток трахеи, взятых с поверхности дыхательных путей человека, и разработали новый протокол, использующий существующую способность клеток-предшественников бронхиального эпителия формировать многоклеточные сфероиды в комплекте с ресничками, микроскопическими структурами, похожими на волоски, вибрирующих при движении. Ученые модифицировали этот процесс, чтобы получить сфероиды, покрытые ресничками; то есть волоски находились снаружи, а не внутри.
В течение нескольких дней новые клетки, которые исследователи назвали антропоботами, начали двигаться, приводимые в движение ресничками. При полном выращивании, размером от 30 до 500 микрон, некоторые боты были сферическими и полностью покрыты ресничками, в то время как другие имели неправильную форму с пятнистым покрытием из ресничек.
Распределение ресничек определяло, как роботы двигались, делая петли или извиваясь по прямым или изогнутым траекториям. Антропороботы обычно выживали от 45 до 60 дней в лабораторных условиях, прежде чем они естественным образом подвергались биологическому разложению.
Антропороботы самособираются в лабораторной чашке. В отличие от ксеноботов, им не требуются пинцеты или скальпели для придания формы, и ученые могут использовать взрослые клетки — даже клетки пожилых пациентов — вместо эмбриональных клеток. Это полностью масштабируемо — возможно создавать рои таких ботов параллельно, что является хорошим началом для разработки терапевтического инструмента.
Ученые вырастили двумерный слой человеческих нейронов в лабораторной чашке и поцарапали клетки тонким металлическим стержнем, чтобы создать «рану», лишенную клеток. Они поместили рой антропороботов в чашку и наблюдали, как они перемещаются по поверхности нейронов. Боты стимулировали рост новых клеток, заполняя пробел, вызванный раной, и создавая мост из нейронов толщиной со здоровые клетки. Нейроны не росли в ране, где отсутствовали антропороботы.
Клеточные сборки, которые ученые конструируют в лаборатории, могут обладать возможностями, выходящими за рамки того, что они делают в организме. Удивительно и совершенно неожиданно, что нормальные клетки трахеи пациента без модификации своей ДНК могут двигаться сами по себе и стимулировать рост нейронов в зоне повреждения. Сейчас ученые смотрят на то, как работает механизм заживления, и задаются вопросом, что еще могут делать эти конструкции.
Преимущество использования клеток человека включает в себя возможность создавать роботов из собственных клеток пациента для выполнения терапевтической работы, не вызывая иммунного ответа и не требуя приема иммунодепрессантов.
Дальнейшее развитие биороботов может привести к другому их применению, такому как очистка артерий от бляшек, восстановление поврежденного спинного мозга или нервов сетчатки, распознавание бактерий, раковых клеток или доставка лекарств в ткани-мишени. Теоретически антропороботы могли бы помочь заживлению тканей, одновременно доставляя прорегенеративные препараты.
Источник: Advanced Science
