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Wissenschaftler haben kleine lebende Roboter aus menschlichen Zellen geschaffen, die sich bewegen können Einer neuen Studie zufolge könnte es eines Tages in einer Laborschale dazu beitragen, Wunden oder beschädigtes Gewebe zu heilen.
Ein Team der Tufts University und des Wyss Institute der Harvard University nannte diese Kreationen „Roboter“. Die Forschung basiert auf früheren Arbeiten einiger der gleichen Wissenschaftler, die dies getan haben Die ersten lebenden Roboteroder Xenobots werden aus Stammzellen hergestellt, die aus Embryonen des Afrikanischen Krallenfrosches (Xenopus laevis) stammen.
„Einige Leute dachten, die Eigenschaften von Xenobots hingen stark von der Tatsache ab, dass sie embryonal und amphibisch waren“, sagte Studienautor Michael Levin, Professor für Biologie an der Vannevar Bush University am Tufts College of Arts and Sciences.
„Ich glaube nicht, dass das etwas damit zu tun hat, ein Fötus zu sein. Das hat nichts damit zu tun, ein Frosch zu sein. Ich denke, das ist eine allgemeinere Eigenschaft von Lebewesen.“
„Wir erkennen nicht alle Kompetenzen der Körperzellen.“
Zu Lebzeiten waren Roboter keine vollständigen Organismen, weil sie keine vollständigen Wesen besaßen Lebenszyklus, sagte Levin.
„Es erinnert uns an diese harten binären Kategorien, mit denen wir uns befasst haben: Ist das ein Roboter, ist das ein Tier, ist das eine Maschine?“ Solche Dinge dienen uns nicht gut. Wir müssen darüber hinwegkommen.“
Die Studie wurde am Donnerstag in veröffentlicht Fortgeschrittenes Wissenschaftsjournal.
Gizem Gumuskaya, Tufts University
Gizem Gumoskaya ist Doktorandin an der Tufts University und hat an der Entwicklung der Roboter mitgewirkt.
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.
Gizem Gumuskaya, Tufts University
Jeder Roboter wächst aus einer einzigen Zelle.
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.
Gizem Gumuskaya, Tufts University
Der Roboter (in Grün) wächst, indem er sich durch Nervengewebe (in Rot) kratzt.
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.
Levin sagte, er glaube nicht, dass die Roboter ethische oder sicherheitstechnische Bedenken aufwerfen. Er sagte, sie würden nicht aus menschlichen Embryonen hergestellt, seien stark forschungsbeschränkt oder in irgendeiner Weise genetisch verändert.
„Sie haben eine sehr begrenzte Umgebung, in der sie leben, daher besteht keine Möglichkeit, dass sie irgendwie entkommen oder außerhalb des Labors überleben. Sie können nicht außerhalb dieser sehr spezifischen Umgebung leben“, sagte er. „Sie haben eine normale Lebensspanne, so dass sie nach ein paar Wochen problemlos biologisch abgebaut werden.“
