«Лялька-робот» народилася, щоб допомогти майбутній медицині?

Інформація з журналу «Дуже цікаво» з Іспанії, стаття від 5 квітня, оригінальна назва: Вони створили перших біороботів із імплантованими нейронними клітинами, які здатні самостійно виробляти мозок. Що станеться, коли межа між робототехнікою та біологією стане майже невидимою? Чи з’являться штучні монстри, як у романі «Франкенштейн»? Останнє дослідження у галузі інженерії життєвих систем поєднало жаб’ячі клітини з тілом робота, створюючи «біороботів» із власною нервовою системою.

Вражаюча пластичність клітин

Нещодавно у статті, опублікованій у німецькому журналі «Передові науки», дослідники з університету Тфу та Гарварду використали нейропредшеєві клітини (незрілі клітини, здатні до самовідновлення та багатопланової диференціації, з яких можуть розвиватися нейрони, астроцити та олігодендроцити) для створення перших автономних біороботів. Це дослідження не лише кидає виклик нашому розумінню робототехніки, а й демонструє пластичність клітин: нейрональні клітини здатні рости та розвиватися у зовнішньому середовищі, формуючи логічні мережі.

Основою побудови цих біороботів стала епідермісна тканина африканської жаби. Зазвичай ці клітини формують шкіру тварини, забезпечуючи захисний бар’єр. Однак вчені за допомогою технологій синтетичної морфології витягли ці клітини з їхнього природного середовища та повторно зібрали їх у нову фізичну форму, яка працює як єдине ціле — «біоробот». Кардинальна відмінність цього експерименту від попередніх полягає у додаванні «інтелектуальних фрагментів»: нейронних предтранзитних клітин. Коли ці нейрональні клітини вводять у тіло біоробота, відбувається процес самостійної збірки, схожий на наукову фантастику. Введені нейрони поступово дозрівають, розширюють свої аксони та дендрити, формуючи функціональні синапси всередині штучного тіла. Клітини самостійно досліджують нове середовище, шукають сусідні клітини та створюють електричну мережу, без участі інженерів, що підключають їх під мікроскопом.

Мережа нейронів — не просто декорація

Щоб зрозуміти механізм роботи молекулярного рівня роботів, дослідники застосували технологію під назвою РНК-секвенування. Вона дозволяє спостерігати, які гени у клітинах біоробота активуються у певний час. Результати дослідження принесли несподіване відкриття, яке змусило нас переосмислити уявлення про сприйняття у синтетичній біології.

Результати показали несподіваний факт щодо здатності цих організмів до сприйняття. Незважаючи на відсутність очей або головної структури, ці біороботи здатні самостійно активувати гени, пов’язані з візуальним сприйняттям. Це свідчить про те, що нейрони зберігають певну пам’ять про своє походження або, коли вони опиняються у новій тілесній структурі, намагаються активувати сенсорні шляхи для інтерпретації навколишнього середовища. Це означає, що навіть без традиційних органів чуття життя постійно шукає нові способи сприйняття світу. Щоб підтвердити, що ця нейронна мережа не є просто структурним «декором», дослідники з Гарварду та Тфу застосували технологію калієвого зображення. Вона дозволяє візуалізувати час і спосіб запуску електричних сигналів між клітинами у реальному часі. За допомогою флуоресцентних індикаторів, що реагують на рух іонів кальцію, дослідники змогли спостерігати за електричним «спілкуванням» між цими нейроботами.

Можлива синтетична система контролю м’язів

Високороздільний мікроскоп підтвердив існування логічної мережі. Калієве зображення показало синхронні електричні імпульси, які координують поведінку біороботів. Коли виникає зовнішній стимул, ці імпульси запускають реакцію, дозволяючи їм взаємодіяти з навколишнім середовищем. Такий «базовий інтелект» дозволяє біороботам рухатися і діяти інакше, ніж прості біологічні системи без нервової системи.

Ці роботи — не лабораторний «Франкенштейн», а дослідження меж життя. Оснащуючи біороботів нервовою системою, дослідники закладають основу для нових медичних технологій. У майбутньому подібні системи можуть бути спроектовані для автономної навігації людським тілом, виявлення пошкоджень тканин і використання власних біологічних можливостей для складних процесів відновлення. Розуміння того, як нейрони самостійно перебудовуються у штучних умовах, відкриває шлях до створення високоточних синтезованих систем управління нервово-м’язовою системою. Народження таких систем із власною нейронною мережею ознаменовує новий етап у біомедичній інженерії. (Автор: Сантьяго Кампільо Брокар, переклад — Лоун)