Созданию биороботов с живыми мышцами научат всех желающих

Биоробот, движущийся за счет сокращений модифицированных мышечных клеток, которые активируются светом

Janet Sinn-Hanlon / University of Illinois at Urbana-Champaign

Ученые из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне опубликовали протокол создания микроскопических биороботов, которые движутся за счет сокращений модифицированных мышечных клеток, реагирующих на внешние воздействия: свет или электромагнитное поле. Статья опубликована в журнале Nature Protocols.

В марте 2016 года исследовательская группа сообщила о создании биоробота, который приводится в движение мышечными клетками (миобластами) мышей с внесенным в их геном геном белка ChR2(H134R). Этот белок представляет собой светочувствительный ионный канал, который активируется при облучении синим светом с длиной волны около 470 нм, заставляя мышечную клетку сокращаться. Мышечные клетки, выращенные в форме кольцевых волокон, натянуты на «скелет» из гидрогеля (полиэтиленгликольакрилата, PEGDA) в форме гибкой дуги, опирающейся на пару столбиков. В испытаниях таких биороботов мышечные клетки при облучении светом нужной длины сокращались, деформируя «скелет» и перемещая устройство. При этом миобласты, как и обычные мышечные клетки, можно натренировать, заставляя их сокращаться снова и снова.

Ранее, в 2014 году, та же научная группа создала еще одного подобного биоробота. Гибкий робот также приводился в движение мышечными клетками, но активировались они не светом, а внешним электромагнитным полем. Однако такой метод управления не позволял выборочно активировать нужные клетки, точно управляя движением робота. Кроме того, электричество способно нарушать работу живых клеток, в окружении которых, возможно, найдут применение такие биороботы. Поэтому в своей следующей разработке ученые решили использовать вместо электромагнитного поля световые волны.

Теперь ученые опубликовали общий протокол для создания биороботов, движущихся за счет сокращений модифицированных мышечных клеток, которые активируются тем или иным внешним воздействием (светом или электромагнитным полем). По словам автором, протокол создан для всех ученых, желающих повторить их результаты или разработать новые модели биороботов того же типа.

В протоколе подробно описываются все этапы создания биороботов с указанием производителей и характеристик всех материалов, использованных авторами при разработке обоих типов роботов. Вкратце, на первом этапе с помощью методов оптогенетики создается линия мышечных клеток, активирующихся при воздействии света определенной длины (в случае активации электромагнитным полем этот этап не требуется). Затем культуры мышечных клеток выращивают так, чтобы получить миниатюрные волокна кольцевой формы. На втором этапе создается «скелет»: на 3D-принтере печатают основу из полиэтиленгликольакрилата (PEGDA). Наконец, на скелет натягивают упругое кольцо из мышечных клеток.

В качестве двигателей для «гибридных» биороботах, комбинирующих биологические и электронные компоненты, ученые пытаются использовать различные живые системы, от жгутиконосных бактерий до клеток сердечной мышцы. Например, в 2016 году ученые из исследовательского университета Кейс Вестерн Резерв создали биогибридного робота-улитку, в котором использовали ротовые мышцы калифорнийской морской улитки (Aplysia californica) и 3D-печатные полимерные компоненты.

Софья Долотовская

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.