Biorobot con músculos y neuronas aprendió a nadar bajo la influencia de la luz

Científicos estadounidenses han creado un biorobot controlado, que consiste en un marco de polímero, así como células musculares y neuronales que crecen en él. Los músculos están conectados a dos aletas y las ponen en movimiento durante la contracción, mientras que las neuronas crean un impulso para los músculos bajo, dicen los autores en el artículo publicado en PNAS.

Los científicos vienen desarrollando robots que en su principio de funcionamiento a menudo se parecen a los órganos de los seres vivos. Sin embargo, también hay una dirección en la que los científicos crean dispositivos artificiales basados ​​en células vivas reales. Por ejemplo, el año pasado se creó un actuador a partir de células musculares de rata para levantar pequeñas cargas.

Uno de los problemas de tales desarrollos es que generalmente los músculos son impulsados ​​por estimulación eléctrica directa, lo que no siempre es conveniente y tampoco permite la creación de un biorobot autónomo. En 2016, científicos estadounidenses crearon una raya basada en células musculares modificadas que pueden contraerse bajo la influencia de la luz. 

El esquema para crear un biorobot

Onur Aydin y col. / PNAS, 2019  

Neuronas y miocitos

Ahora, en un nuevo trabajo, científicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, liderados por Taher A. Saif, crearon un biorobot con un esquema de control más complejo: en el cual la radiación activa las neuronas, y un impulso de estas últimas activa los músculos.

El proceso de creación del robot comienza con la preparación de la forma y el marco del polidimetilsiloxano: un rectángulo con dos ramas paralelas de igual longitud. Los científicos aplicaron una mezcla de miocitos C2C12 de ratón, así como colágeno tipo I y Matrigel, una mezcla de proteínas que a menudo se usa para formar una matriz extracelular artificial. Como resultado de esta etapa, las ramas del marco se interconectado a través de los músculos.

Después de eso, la misma mezcla se aplicó al receso en el centro del marco para formar la matriz extracelular, pero no con miocitos, sino con neuroesferas de ratón que contienen neuronas motoras. Estas se obtuvieron de células madre embrionarias modificadas optogenéticamente, haciéndolas susceptibles a la radiación.

Los resultados

Toda esta estructura con las células aplicadas de dos tipos se colocó en cultivo, debido a lo cual, después de unos días, las células nerviosas crecieron en axones y formaron sinapsis neuromusculares, que permiten iniciar la contracción muscular a través de la activación de las neuronas.

Los científicos probaron el biorobot, al que además añadieron dos aletas. Cuando los músculos se activan por la irradiación neuronal, se contraen, debido a que las aletas se mueven entre sí, y luego los músculos se relajan y las aletas se mueven en la dirección opuesta. Durante las pruebas, un robot de aproximadamente un milímetro y medio sin aletas pudo desarrollar una velocidad de aproximadamente 0.7 micrómetros por segundo.

Anteriormente, los científicos crearon otros dispositivos basados en células vivas, incluida la imitación del funcionamiento de componentes electrónicos básicos. Por ejemplo, en 2017, dos grupos de investigadores crearon un análogo biológico de un diodo a partir de células, así como circuitos lógicos simples.

Fuente: Blog N+1