به گزارش خبرنگار علم و فناوری ایسکانیوز؛ این روبات‌های چندسلولی که عرض آنها اندازه یک تار موی انسان تا نوک یک مداد تیز است، به گونه‌ای ساخته شده‌اند که خودمونتاژ هستند و تاثیر شفابخش قابل توجهی بر سلول‌های دیگر دارند. این کشف نطقه شروعی برای استفاده از روبات‌های زیستی مشتق شده از سلول‌های افراد بیمار برای بازسازی و درمان بیماری‌هاست.

این تحقیق برگرفته از تحقیقات قبلی آزمایشگاه‌های چند دانشمند رشته زیست‌شناسی از دانشگاه‌های تافتس و ورمونت است. آنها در گذشته روبات‌های زیستی چند سلولی را از سلول‌های جنین یک قورباغه درست کردند که قابلیت‌های جالبی از جمله پیمایش در نقاط مختلف بدن، جمع‌آوری مواد، ثبت اطلاعات، خودترمیمی در مواقع آسیب‌دیدگی و تکرار یک چرخه به تنهایی داشت. در آن زمان، محققان نمی‌دانستند که آیا قابلیت ساختن روبات‌های زیستی از سلول‌های گونه‌های دیگر وجود دارد یا خیر. آنها نام این روبات‌های زیستی بسیار کوچک را «زنوبات» (Xenobot) گذاشتند.

محققان دانشگاه‌ تافتس و موسسه ویس دانشگاه‌هاروارد با برگرفتن از تحقیقات قبلی کشف کردند که می‌توانند از سلول‌های انسان بالغ هم بدون هیچ گونه تغییر ژنتیکی، روبات‌های زیستی بسازند که توانایی‌هایی فراتر از زنوبات‌ها داشته باشند.

یکی از این محققان که قبل از ورود به رشته زیست‌شناسی، مدرکش را در رشته معماری دریافت کرده بود، می‌گوید: می‌خواستیم بررسی کنیم که سلول‌ها علاوه بر ایجاد ویژگی‌ها پیش‌فرض در بدن چه کارهای دیگری می‌توانند انجام دهند. در نتیجه با برنامه‌ریزی مجدد فعل و انفعالات بین سلول‌ها ساختارهای چند سلولی جدیدی ایجاد کردیم که شبیه به نحوه چیدمان سنگ و آجر در عناصر ساختاری مانند دیوارها، طاق‌ها یا ستون‌ها هستند.

بیشتر بخوانید:

ماهی‌روباتی که با سلول‌های قلب انسان حرکت می‌کند

محققان دریافتند که سلول‌ها نه تنها می‌توانند اشکال چند سلولی جدید ایجاد کنند، بلکه می‌توانند به روش‌های مختلف روی سطحی از سلول‌های عصبی انسان رشد کرده در یک ظرف آزمایشگاهی حرکت کنند و با تحریک سلول‌ها، باعث رشد مجدد آنها شوند تا شکاف‌های ناشی از خراشیدن لایه سلول‌ها را پر کنند.

هنوز محققان نمی‌دانند که این روبات‌ها با نام «آنتروبات» چگونه رشد نورون‌ها را تحریک می‌کنند، اما تائید می‌کنند که نورون‌ها در زیر ناحیه تحت پوشش آنتروبات‌ها رشد می‌کنند. به همین دلیل محققان نام این روبات‌ها را ابرروبات گذاشته‌اند.

محققان می‌گویند: خیلی برای ما غیرمنتظره است که سلول‌های نای یک فرد معمولی بدون تغییر DNA بتوانند به تنهایی حرکت کنند و حتی رشد نورون‌ها را در مناطق آسیب‌دیده تحریک کنند. از این رو، در حال بررسی نحوه عملکرد مکانیسم درمان هستیم و می‌خواهیم درک کنیم که این سازه‌ها چه کارهای دیگری می‌توانند انجام دهند.

به گفته آنها، استفاده از سلول‌های یک فرد بیمار برای ساخت روبات‌ و انجام کارهای درمانی بدون خطر، تحریک پاسخ ایمنی یا سرکوب کننده‌های ایمنی را دربرمی‌گیرد.

نکته جالب در مورد آنتروبات‌ها این است که فقط چند هفته زنده هستند و پس از اتمام کار به راحتی جذب بدن می‌شوند. علاوه بر این، آنتروبات‌ها در خارج از بدن فقط در شرایط آزمایشگاهی بسیار خاص می‌توانند زنده بمانند و در نتیجه، امکان انتشار ناخواسته آنها در خارج از آزمایشگاه وجود ندارد که باعث نگرانی دانشمندان شود.

محققان می‌گویند: آنتروبات‌ها تکثیر نمی‌شوند و هیچ ویرایش یا حذف ژنتیکی در آنها اتفاق نمی‌افتد، بنابراین هیچ خطری برای تکامل آنها فراتر از پادمان‌های موجود وجود ندارد.

آنتروبات‌ها چگونه ساخته می‌شوند؟

هر آنتروبات از یک سلول منفرد ساخته می‌شود که از یک فرد اهدا کننده بالغ گرفته می‌شود. سلول‌ها از سطح نای گرفته می‌شوند. این سلول‌ها با برآمدگی‌های مویی به نام مژک پوشیده شده‌اند که به سمت جلو و عقب حرکت می‌کنند. مژک‌ها به سلول‌های نای کمک می‌کنند تا ذرات ریز را که راه خود را به مسیرهای هوایی ریه باز می‌کنند، بیرون برانند.

تصویر: آنتروبات‌ها در حال ترمیم نورون‌های ناحیه آسیب‌دیده

مطالعات قبلی توسط محققان نشان داده بود که وقتی سلول‌ها در آزمایشگاه رشد می‌کنند، به طور خود به خودی کره‌های چند سلولی کوچکی به نام «ارگانوئیدها» را تشکیل می‌دهند.

محققان شرایط رشدی‌ای را ایجاد کردند که مژک‌ها را تشویق می‌کرد به سمت بیرون روی ارگانوئیدها قرار بگیرند. در عرض چند روز آنها شروع به حرکت کردند و توسط مژک‌هایی که مانند پارو عمل می‌کنند، رانده شدند. آنها به اشکال و انواع مختلف حرکت اشاره کردند؛ اولین ویژگی مهمی که در پلتفرم بیوروباتیک مشاهده شد.

محققان امیدوارند که با اشافه کردن ویژگی‌های دیگر به آنتروبات‌ها می‌توان آنها را طوری طراحی کرد که به محیط اطراف‌شان پاسخ دهند و به بدن سفر کنند و عملکردهایی را در آن انجام دهند، یا به ساخت بافت‌های مهندسی شده در آزمایشگاه کمک کنند.

این تیم انواع مختلف آنتروبات‌ را ساختند و مشاهده کردند که روبات‌ها در چند دسته‌بندی مجزا از شکل و حرکت قرار می‌گیرند که اندازه آنها از ۳۰ تا ۵۰۰ میکرومتر (از ضخامت موی انسان تا نوک مداد تیز شده) متغیر است. در نتیجه جایگاه مهمی بین فناوری نانو و دستگاه‌های مهندسی بزرگ‌تر را پر می‌کند.

برخی از این آنتروبات‌ها کروی و کاملاً پوشیده از مژک بودند و برخی نامنظم یا توپی شکل با پوشش تکه تکه مژک یا فقط با مژک در یک طرف پوشیده شده بودند. آنها در خطوط مستقیم یا در مسیرهای دایره‌ای تنگ حرکت می‌کردند، یا حرکات را با هم ترکیب می‌کردند، یا فقط می‌نشستند و مژک‌هایشان را تکان می‌دادند. دانشمندان متوجه شدند که سلول‌های کروی‌ که کاملاً با مژک پوشانده شده‌اند، تمایل بیشتری به تحرک دارند.

آنتروبات‌ها با مژک‌هایی که به طور ناموزون توزیع شده بودند، تمایل داشتند برای امتداد طولانی‌تری در مسیرهای مستقیم یا منحنی به جلو حرکت کنند. آنها معمولاً حدود ۴۵ تا ۶۰ روز در شرایط آزمایشگاهی قبل از تجزیه طبیعی زیستی زنده ماندند.

محققان می‌گویند: آنتروبات‌ها خود به خود در ظرف آزمایشگاهی جمع می‌شوند. برخلاف زنوبات‌ها نیازی به موچین یا چاقوی جراحی برای شکل دادن ندارند و ما می‌توانیم از سلول‌های فرد بالغ -حتی سلول‌های بیماران مسن- به جای سلول‌های جنینی استفاده کنیم.

شفا دهنده‌های کوچک

از آنجایی که محققان قصد دارند در نهایت آنتروبات‌هایی با کاربردهای درمانی بسازند، یک آزمایش آزمایشگاهی انجام دادند تا ببینند چگونه این روبات‌ها ممکن است زخم‌ها را التیام بخشند. این مدل شامل رشد یک لایه ۲ بعدی از نورون‌های انسانی بود و محققان به سادگی با خراشیدن لایه با یک میله فلزی نازک، یک «زخم» باز و بدون سلول ایجاد کردند.

برای اطمینان از اینکه شکاف در معرض غلظت متراکم آنتروبات‌ها قرار می‌گیرد، آنها خوشه‌ای از ابرروبات‌ها ایجاد کردند که به طور طبیعی زمانی که در یک فضای کوچک قرار می‌گیرند، تشکیل می‌شود. ابرروبات‌ها عمدتاً از دایره‌ها و تکان‌دهنده‌ها تشکیل می‌شدند، بنابراین نمی‌توانستند خیلی دور از زخم بروند.

اگرچه می‌توان انتظار داشت که تغییرات ژنتیکی سلول‌های آنتروبات برای کمک به روبات‌ها برای تشویق رشد عصبی مورد نیاز باشد، اما در کمال تعجب، آنتروبات‌های اصلاح‌نشده باعث رشد مجدد قابل توجهی شدند و پلی از نورون‌ها به ضخامت بقیه سلول‌های سالم روی صفحه ایجاد کردند. این در حالی است که نورون‌ها در زخمی که آنتروبات‌ها وجود نداشتند، رشد نکردند. حداقل در دنیای ۲ بعدی ساده شده ظرف آزمایشگاهی، مجموعه‌ای از آنتروبات‌ها به طور موثر توانستند بافت عصبی زنده را ترمیم کنند.

به گفته محققان، توسعه بیشتر روبات‌ها می‌تواند به کاربردهای دیگری از جمله پاکسازی تجمع پلاک در شریان‌های بیماران تصلب شرایین، ترمیم آسیب‌های عصبی نخاعی یا شبکیه، شناسایی باکتری‌ها یا سلول‌های سرطانی، یا رساندن دارو به بافت‌های هدف منجر شود. آنتروبات‌ها در تئوری می‌توانند به بهبود بافت‌ها کمک کنند، در حالی که داروهای احیاکننده را نیز در اختیار مصرف کنندگان قرار می‌دهند.

انتهای پیام/