Американські науковці продемонстрували нову версію біороботів із ембріональних клітин жаби — ксеноботів. Вчені дали змогу окремим стовбуровим клітинам ембріона самостійно сформуватися у тривимірну структуру, яка продемонструвала рух за допомогою війчастого епітелію. Попередні версії ксеноботів вчені самостійно створювали з окремих клітин шкіри та серця, і вони рухалися завдяки скороченням м'язових клітин. Результати оприлюднили в журналі Science Robotics.
Пересування ксенобота в рідкому середовищі. Douglas Blackiston et al. / Science Robotics, 2021
Що за ксеноботи?
Минулого року група дослідників з Вермонтського університету та Університету Тафтса повідомила, що створила синтетичну форму життя у вигляді керованих біологічних роботів. Вони мали вигляд крихітних, до міліметра шириною, кулястих утворень та складалися з кількасот ембріональних клітин гладенької шпоркової жаби, за латинською назвою якої — Xenopus laevis — створіння вчених отримали назву ксеноботів. Ці структури на сто відсотків утворені із тваринних клітин, однак тваринами у звичайному розумінні не є. Вчені буквально самостійно складали їх зі стовбурових клітин шкіри та серця жаб. До того ж у такій конфігурації, як це було запропоновано алгоритмами штучного інтелекту, що розраховував, як необхідно побудувати ксеноботів, аби вони рухалися певним чином. Останнє можна досягти завдяки розташуванню в різній послідовності клітин серця, які здатні до спонтанного скорочення, та шкіри, що слугують опорою конструкції. У новій роботі автори продемонстрували інший метод створення ксеноботів.
Якого оновлення зазнали біороботи?
Якщо у попередній роботі науковці самі визначали структуру та форму ксеноботів, у новій вони дали змогу відділеним від ембріона жаби клітинам самим організуватися у живу машину. Вчені почали з вирощування стовбурових ектодермальних клітин, які згодом утворили сфери з близько трьох тисяч клітин, величиною приблизно пів міліметра. За чотири дні вони диференціювалися у війчастий епітелій, завдяки якому мікророботи продемонстрували активний рух у водному середовищі зі швидкістю у середньому 100 мікрометрів на секунду. При цьому ксеноботи змогли пересуватися й по різних аренах, які, зокрема, могли мати форму закручених капілярів. Однак різні живі роботи рухалися неоднаково: деякі по прямій лінії, інші по колу або ж крутилися. Але вчені розробили комп'ютерну модель, що дає змогу передбачити, як рухатимуться рої таких мікророботів для згуртованої роботи. Тому, як і раніше, можна побудувати самостійно ксеноботів потрібної структури.
Рух ксеноботів по капілярах. Douglas Blackiston et al. / Science Robotics, 2021
Окрім того, що ці природно сформовані ксеноботи плавають швидше, вони виявилися на три-сім днів більш живучими за своїх попередників, а їх життя можна подовжити й до трьох місяців, якщо вирощувати у належному поживному середовищі. І вони так само успішно загоюють пошкодження протягом кількох годин, як і попередні ксеноботи.
Вчені також перевірили можливість зберігати в ксеноботах інформацію. Вони внесли їм зелений флуоресцентний білок, який після опромінення синім світлом в окремій локації арени, починає світитися червоним. Тож, порівнявши флуоресценцію різних мікророботів, можна визначити, які з них побували в освітленій синім ділянці арени.
Для чого їх узагалі створюють?
Автори кажуть, що головним відкриттям цієї роботи є те, як відокремлені клітини шкіри можуть створювати щось відмінне від того, на що вони початково генетично запрограмовані. Як і інші мікророботи, ксеноботи можуть знайти своє застосування у медицині для доставлення ліків, якщо їх ними навантажити. Крім того, працюючи роєм, вони можуть допомогти очищувати океан від мікроскопічних забруднювачів. Важливою перевагою біоботів над звичайними є також їхня цілковита біорозкладність, а також здатність самостійно та швидко загоювати свої пошкодження.