Крошечные биороботы, созданные из клеток человека, способствуют росту нейронов

Исследователи использовали клетки трахеи человека для создания крошечных биологических роботов, которые могут двигаться самостоятельно и работать вместе, способствуя заживлению поврежденных нейронов, не требуя генетических модификаций. Крошечные роботы могут изменить регенеративную медицину и лечение болезней.

Микророботы, созданные из живых клеток – биоботы – разрабатываются для выполнения различных задач внутри человеческого организма: от доставки лекарств до распознавания раковых клеток. Теперь исследователи из Университета Тафтса и Гарвардского института Висса попытались создать собственного биобота, используя клетки трахеи человека.

Исследователи опирались на предыдущую работу Университета Тафтса в сотрудничестве с Университетом Вермонта, где использовались клетки эмбриона лягушки для создания многоклеточного биобота, называемого ксеноботом, способного к навигации, записи информации и самовосстановлению. В то время исследователи не были уверены, были ли эти возможности связаны с тем, что ксенобот был сделан из клеток лягушки, или же биобот мог быть создан из клеток других видов.

В настоящем исследовании ученые хотели выяснить, можно ли удалить клетки из их естественной среды и рекомбинировать в другие «планы тела» для выполнения других функций. Они обнаружили, что ботов можно создавать с использованием клеток взрослого человека без генетической модификации и с расширенными возможностями.

«Мы хотели выяснить, на что способны клетки, помимо создания стандартных функций в организме», — говорят ученые. «Путем перепрограммирования взаимодействий между клетками можно создавать новые многоклеточные структуры, аналогично тому, как камень и кирпич можно объединять в различные структурные элементы, такие как стены, арки или колонны».

Они начали с клеток трахеи, взятых с поверхности дыхательных путей человека, и разработали новый протокол, который использует существующую способность клеток-предшественников бронхиального эпителия образовывать многоклеточные сфероиды с ресничками, микроскопическими волосоподобными структурами, которые вибрируют при движении. Они модифицировали этот процесс, чтобы получить сфероиды, покрытые ресничками; то есть волосоподобные структуры находились снаружи, а не внутри.

Через несколько дней новые клетки, которых исследователи назвали Антроботами, начали двигаться, приводимые в движение ресничками. В взрослом состоянии некоторые роботы размером от 30 до 500 микрон имели сферическую форму и полностью были покрыты ресничками, тогда как другие имели неправильную форму с пятнистым покрытием из ресничек. Распределение ресничек определяло, как двигались роботы: петляя или извиваясь по прямым или изогнутым траекториям. Антроботы обычно выживали от 45 до 60 дней в лабораторных условиях, прежде чем подвергались естественному биоразложению.

«Антроботы самособираются в лабораторной чашке», — говорят ученые. «В отличие от ксеноботов, им не требуется пинцет или скальпель, чтобы придать им форму, и мы можем использовать взрослые клетки – даже клетки пожилых пациентов – вместо эмбриональных клеток. Процесс полностью масштабируем — мы можем создавать стаи этих роботов параллельно, что является хорошим началом для разработки терапевтического инструмента».

Исследователи вырастили двумерный слой человеческих нейронов в лабораторной чашке и поцарапали клетки тонким металлическим стержнем, чтобы создать «рану», лишенную клеток. Они поместили в чашку рой антропоботов и наблюдали, как они перемещаются по поверхности нейронов. Роботы стимулировали новый рост, заполняя пробелы, образовавшиеся в результате раны, и создавая мост из нейронов толщиной со здоровые клетки. Нейроны не росли в ране, где отсутствовали Антроботы.

«Клеточные сборки, которые мы конструируем в лаборатории, могут обладать возможностями, выходящими за рамки того, что они делают в организме», — сказал Майкл Левин, автор исследования. «Удивительно и совершенно неожиданно, что нормальные клетки трахеи пациента, не изменяя свою ДНК, могут двигаться самостоятельно и стимулировать рост нейронов в области повреждения. Сейчас мы изучаем, как работает механизм исцеления, и задаемся вопросом, что еще могут делать эти конструкции».

Преимущество использования человеческих клеток включает в себя возможность создавать ботов из собственных клеток пациента для выполнения терапевтической работы, не вызывая иммунного ответа и не требуя применения иммунодепрессантов.

Дальнейшее развитие ботов может привести к другим приложениям, таким как очистка артерий от бляшек, восстановление поврежденного спинного мозга или нервов сетчатки, распознавание бактерий или раковых клеток или доставка лекарств в целевые ткани. Теоретически, Антроботы могли бы помочь в лечении тканей, одновременно доставляя прорегенеративные лекарства.

Исследование было опубликовано в журнале Advanced Science.