Tiny living robots made from human cells surprise scientists
Ein Team der Tufts University und des Wyss Institute der Harvard University nennt diese Kreationen „menschliche Roboter“. Die Forschung baut auf früheren Arbeiten von Wissenschaftlern auf, die Stammzellen aus Embryonen von afrikanischen Krallenfröschen (Xenopus laevis) verwendeten, um die ersten lebenden Roboter, sogenannte Xenobots, zu erschaffen.
„Manche Leute glauben, dass die Eigenschaften von Xenobots weitgehend von der Tatsache abhängen, dass sie embryonal und amphibisch sind“, sagte Studienautor Michael Levine, Vannevar Bush-Professor für Biologie an der School of Arts and Sciences der Tufts University.
„Ich glaube nicht, dass es etwas mit dem Embryo zu tun hat. Es hat nichts mit der Identität des Frosches zu tun. „Ich denke, es ist eine allgemeinere Eigenschaft von Lebewesen“, sagte er.
„Wir erkennen nicht alle Fähigkeiten unserer eigenen Körperzellen.“
Levin sagte, dass Roboter zu Lebzeiten keine vollwertigen Organismen seien, weil sie keinen vollständigen Lebenszyklus hätten.
„Es erinnert uns an die strengen binären Kategorien, die wir verwenden: Ist das ein Roboter, ist es ein Tier, ist es eine Maschine? Diese Dinge passen nicht gut zu uns. Wir müssen darüber hinausgehen.“
Die Studie wurde am Donnerstag in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlicht.
Wie werden sie hergestellt? ###
Die Wissenschaftler verwendeten adulte Zellen aus der Luftröhre oder Luftröhre anonymer Spender unterschiedlichen Alters und Geschlechts. Gizem, ein Co-Autor der Studie, sagte, die Forscher hätten sich auf diese Art von Zellen konzentriert, weil sie relativ leicht zu erhalten seien, weil sie sich relativ leicht auf Covid-19 und Lungenerkrankungen untersuchen ließen und, was noch wichtiger sei, weil Wissenschaftler davon überzeugt seien Zellen haben die Fähigkeit, sich zu bewegen. Gumuskaya ist Doktorandin an der Tufts University.
Die Zellen der Luftröhre sind mit haarähnlichen Vorsprüngen, sogenannten Zilien, bedeckt, die hin und her winken. Normalerweise helfen sie den Atemwegszellen dabei, winzige Partikel in die Atemwege der Lunge zu befördern. Frühe Forschungen haben auch gezeigt, dass diese Zellen Organoide bilden können – Zellklumpen, die in der Forschung häufig verwendet werden.
Gumskaya experimentierte mit der chemischen Zusammensetzung der Wachstumsbedingungen der Trachealzellen und fand einen Weg, die Flimmerhärchen auf den Organoiden dazu zu bringen, nach außen zu zeigen. Sobald sie das richtige Substrat gefunden hatte, wurden die Organoide innerhalb weniger Tage mobil, wobei die Flimmerhärchen gewissermaßen wie Paddel wirkten.
„Am ersten, zweiten, vierten oder fünften Tag passiert nichts, aber wie es in der Biologie normalerweise der Fall ist, findet um den siebten Tag herum eine schnelle Veränderung statt“, sagte sie. „Es ist wie eine blühende Blume. Am siebten Tag haben sich die Flimmerhärchen umgedreht und erscheinen an der Außenseite.“
„Bei unserem Ansatz entsteht jeder Roboter aus einer einzigen Zelle.“
Es ist diese Selbstorganisation, die sie einzigartig macht. Levine sagte, andere Wissenschaftler hätten Biobots hergestellt, diese würden jedoch von Hand gebaut, indem sie Formen und Samenzellen herstellten, die darauf leben.
Verschiedene Formen und Größen###
Die vom Team erstellten Roboter sind nicht alle identisch.
Einige sind kugelförmig und vollständig mit Flimmerhärchen bedeckt, während andere eher die Form eines Fußballs haben und unregelmäßig mit Flimmerhärchen bedeckt sind. Sie bewegen sich auch auf unterschiedliche Weise – einige in geraden Linien, andere in kleinen Kreisen und wieder andere sitzend und drehend, heißt es in einer Pressemitteilung über die Studie. Unter Laborbedingungen überlebten sie 60 Tage.
Levine und Gumuskaya sagten, die in dieser neuesten Studie beschriebenen Experimente seien noch in einem frühen Stadium, das Ziel bestehe jedoch darin, herauszufinden, ob Roboter medizinische Anwendungen haben könnten. Um herauszufinden, ob eine solche Anwendung machbar wäre, untersuchten die Forscher, ob der Roboter menschliche Neuronen bewegen kann, die in Laborschalen wachsen, die „zerkratzt“ wurden, um Verletzungen zu simulieren.
Die Studie stellte fest, dass sie überrascht waren, als sie herausfanden, dass der Roboter das Wachstum von Neuronen in beschädigten Bereichen förderte, obwohl die Forscher den Heilungsmechanismus noch nicht verstehen.
Falk Tauber, Leiter der Forschungsgruppe am Freiburger Zentrum für interaktive Materialien und bioinspirierte Technologien an der Universität Freiburg in Deutschland, sagte, dass diese Forschung künftige Bemühungen zur Verwendung biologischer Roboter zur Erzielung unterschiedlicher Funktionen und zur Herstellung in unterschiedlichen Formen vorsieht . Es wird eine Basislinie bereitgestellt.
Tauber, der nicht an der Studie beteiligt war, sagte, die Roboter zeigten „überraschendes Verhalten“, insbesondere wenn sie in menschliche Neuronen eindrangen und diese schließlich schlossen.
Die Fähigkeit, diese Strukturen mithilfe der eigenen Zellen eines Patienten zu erzeugen, weise auf vielfältige Anwendungen im Labor und möglicherweise schließlich auch beim Menschen hin, sagte er.
Levine sagte, er glaube nicht, dass die Roboter ethische oder sicherheitstechnische Probleme aufwerfen. Sie seien nicht aus menschlichen Embryonen hergestellt worden, unterliegen keiner streng eingeschränkten Forschung und seien auch nicht in irgendeiner Weise genetisch verändert worden, sagte er.
„Die Umgebung, in der sie leben, ist sehr begrenzt, daher ist es für sie unmöglich, das Labor irgendwie zu verlassen oder außerhalb des Labors zu leben. Sie können nicht außerhalb dieser sehr spezifischen Umgebung leben“, sagte er. „Sie haben eine natürliche Lebensdauer, sodass sie nach ein paar Wochen nahtlos biologisch abgebaut werden.“
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The tiny living robots, known as Xenobots, are created using cells from the windpipe or lung airways of various donor ages and genders. Michael Levine, a co-author of the study and Vannevar Bush Professor of Biology at the School of Arts and Sciences at Tufts University, mentioned that these robots do not have a complete living cycle like other organisms because they lack certain essential biological processes.
Despite their unusual origin, the Xenobots can perform tasks that are typically associated with living organisms, such as movement, exploration, and interacting with their surroundings. The potential applications of Xenobots in medicine and other fields are currently being explored by scientists, as these tiny robots may have the ability to perform tasks that could be beneficial for human health and well-being on a global scale.
The world may soon witness the emergence of a new generation of tiny robots made from human cells, capable of performing tasks that were previously thought impossible. These robots could revolutionize various fields, from medicine and biology to engineering and technology, and provide solutions to some of the most pressing challenges facing humanity today.
Source: edition.cnn.com
