Winzige lebende Roboter aus menschlichen Zellen überraschen Wissenschaftler
Ein Team der Tufts University und des Wyss-Instituts der Harvard University hat diese Kreationen als Anthroboter bezeichnet. Die Forschungsarbeit baut auf früheren Arbeiten einiger derselben Wissenschaftler auf, die die ersten lebenden Roboter, sogenannte Xenobots, aus Stammzellen von Embryonen des afrikanischen Krallenfroschs (Xenopus laevis) hergestellt haben.
"Einige Leute dachten, dass die Eigenschaften der Xenobots stark von der Tatsache abhängen, dass sie embryonal und amphibisch sind", sagte Studienautor Michael Levin, Vannevar Bush Professor für Biologie an der School of Arts & Sciences der Tufts University.
"Ich glaube nicht, dass dies etwas damit zu tun hat, dass sie ein Embryo sind. Es hat nichts damit zu tun, ein Frosch zu sein. Ich denke, dass dies eine viel allgemeinere Eigenschaft von Lebewesen ist", sagte er.
"Wir wissen gar nicht, welche Fähigkeiten unsere eigenen Körperzellen haben".
Obwohl die Ameisenbären lebten, waren sie keine vollwertigen Organismen, weil sie keinen vollständigen Lebenszyklus hatten, sagte Levin.
"Es erinnert uns daran, dass wir mit diesen strengen binären Kategorien gearbeitet haben: Ist das ein Roboter, ist das ein Tier, ist das eine Maschine... Diese Art von Kategorien sind nicht sehr hilfreich. Wir müssen das überwinden."
Die Forschungsergebnisse wurden am Donnerstag in der Zeitschrift Advanced Science veröffentlicht.
Wie wurden sie hergestellt?
Die Wissenschaftler verwendeten erwachsene menschliche Zellen aus der Luftröhre, die von anonymen Spendern unterschiedlichen Alters und Geschlechts stammten. Die Forscher entschieden sich für diesen Zelltyp, weil sie aufgrund der Arbeit an Covid-19 und Lungenkrankheiten relativ leicht zugänglich sind, und vor allem wegen einer Eigenschaft, von der die Wissenschaftler glaubten, dass sie die Zellen zur Bewegung befähigen würde, sagte Studienkoautor Gizem Gumuskaya, ein Doktorand an der Tufts-Universität.
Die Luftröhrenzellen sind mit haarähnlichen Fortsätzen, den so genannten Zilien, bedeckt, die sich hin und her bewegen. Sie helfen den Luftröhrenzellen normalerweise dabei, winzige Partikel auszustoßen, die ihren Weg in die Atemwege der Lunge finden. Frühere Studien hatten auch gezeigt, dass die Zellen Organoide bilden können - Zellklumpen, die in der Forschung häufig verwendet werden.
Gumuskaya experimentierte mit der chemischen Zusammensetzung der Wachstumsbedingungen für die Trachealzellen und fand einen Weg, die Zilien auf den Organoiden nach außen zu richten. Nachdem sie die richtige Matrix gefunden hatte, wurden die Organoide nach ein paar Tagen beweglich, wobei die Flimmerhärchen ein wenig wie Ruder wirkten.
"Am ersten, zweiten, vierten oder fünften Tag passierte nichts, aber wie es in der Biologie üblich ist, kam es um den siebten Tag herum zu einem schnellen Übergang", sagte sie. "Es war wie bei einer blühenden Blume. Am siebten Tag hatten sich die Flimmerhärchen umgedreht und befanden sich auf der Außenseite.
"Bei unserer Methode wächst jeder Ameisenbär aus einer einzigen Zelle.
Es ist diese Selbstorganisation, die sie einzigartig macht. Biologische Roboter wurden bereits von anderen Wissenschaftlern hergestellt, aber sie wurden von Hand konstruiert, indem man eine Form herstellte und Zellen darauf setzte, die darauf lebten, sagte Levin.
Unterschiedliche Formen und Größen
Die vom Team hergestellten Anthroboter waren nicht identisch.
Einige waren kugelförmig und vollständig mit Wimpern bedeckt, während andere eher die Form eines Fußballs hatten und unregelmäßig mit Wimpern bedeckt waren. Sie bewegten sich auch auf unterschiedliche Weise - einige in geraden Linien, andere in engen Kreisen, wieder andere saßen herum und wackelten, wie es in einer Pressemitteilung zu der Studie heißt. Sie überlebten bis zu 60 Tage unter Laborbedingungen.
Die in dieser jüngsten Studie beschriebenen Experimente befinden sich noch in einem frühen Stadium, aber das Ziel ist es, herauszufinden, ob die Anthroboter medizinische Anwendungen haben könnten, so Levin und Gumuskaya. Um herauszufinden, ob solche Anwendungen möglich sind, untersuchten die Forscher, ob die Ameisenroboter in der Lage waren, sich über menschliche Neuronen zu bewegen, die in einer Laborschale gezüchtet wurden, die "zerkratzt" worden war, um eine Schädigung zu imitieren.
Sie waren überrascht, dass die Ameisenroboter das Wachstum in der beschädigten Region der Neuronen förderten, obwohl die Forscher den Heilungsmechanismus noch nicht verstehen, heißt es in der Studie.
Falk Tauber, Gruppenleiter am Freiburger Zentrum für interaktive Materialien und bioinspirierte Technologien an der Universität Freiburg in Deutschland, sagte, dass die Studie eine Grundlage für künftige Bemühungen darstellt, die Biobots für verschiedene Funktionen zu nutzen und sie in verschiedenen Formen herzustellen.
Tauber, der nicht an der Forschung beteiligt war, sagte, dass die Ameisenroboter ein "überraschendes Verhalten" zeigten, insbesondere als sie sich über die Kratzer in den menschlichen Neuronen bewegten - und sie schließlich schlossen -.
Er sagte, dass die Fähigkeit, diese Strukturen aus den eigenen Zellen eines Patienten zu schaffen, verschiedene Anwendungen sowohl im Labor als auch vielleicht letztendlich beim Menschen nahelegt.
Levin sagte, er glaube nicht, dass die Anthroboter ethische oder Sicherheitsbedenken aufwerfen. Sie werden weder aus menschlichen Embryonen hergestellt, noch unterliegen sie strengen Forschungsauflagen, noch sind sie in irgendeiner Weise genetisch verändert, sagte er.
"Sie haben eine sehr begrenzte Umgebung, in der sie leben, so dass es keine Möglichkeit gibt, dass sie irgendwie ausbrechen oder außerhalb des Labors leben. Sie können nicht außerhalb dieser sehr spezifischen Umgebung leben", sagte er. "Sie haben eine natürliche Lebensdauer, so dass sie nach ein paar Wochen nahtlos biologisch abgebaut werden."
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Quelle: edition.cnn.com
