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bf365乐趣:美研究者用3D打印的小鼠肌肉构造生物机器人,有望用于假肢制造凤凰网科技凤凰网

05月07日作者:黑曼巴


编 | 储信仪

导语:小鼠细胞制成的3D打印肌肉靠得住大年夜鼠脊柱供给动力,老鼠脊柱手有望跨次元出现。

智器械5月6日消息,美国钻研者应用实验室培植小鼠细胞制成的3D打印肌肉构造了生物机械人,此机械人由大年夜鼠的脊柱供给bf365乐趣动力。该系统有望帮忙生物疾病的修复,并用于假肢的制造。

生物机械人技巧是用有生命的材料构成的,而不是用金属材料构成的机械人。它们是使用自然界中的动物作为运动本体的机械人,经由过程把微电极植入与动物相关的脑核团或偏向感想熏染区,并施加人工模拟的神经电旌旗灯号,从而达到节制运动的行径。

与传统的仿活力械人比拟,生物机械人在能源提供、运动机动性、隐蔽性、灵便性和适应性等方面具有显着上风。仿照生物体的动作要领已经成为一种被利用于仿生设备和机械的措施。比如,在进化算法的赞助下,佛蒙特大年夜学(University of Vermont)与塔夫茨大年夜学(Tufts University)的钻研职员用非洲爪蟾的皮肤细胞和心脏细胞造出了一种名Xenobots的为新型“活体机械人”。

▲由田鸡干细胞打造的生物机械人Xenobots

伊利诺伊大年夜学厄巴纳-喷鼻槟分校(UIUC)的Collin Kaufman及其同事,应用由实验室培植的小鼠细胞制成的3D打印肌肉构造了生物机械人。3D打印肌肉本身并不能做很多工作,想要应用它们,则必要的因此某种要领节制它们。

钻研职员没有将这些3D打印肌肉连接到电子节制系统上,而是应用了大年夜鼠脊柱中节制后腿的部分来操控肌肉。在脊椎动物中,繁杂的运动义务主要由脊髓和脑干收集节bf365乐趣制。

曩昔在骨骼肌上的事情平日应用C2C12成肌细胞来钻研体外的肌肉分解、气力孕育发生和神经肌肉互相感化。当时一些事情完全经由过程外部节制机制,如外加电场、光遗传学或化学刺激,绕过了运动神经元输入到肌肉的历程。然而,神经元和肌肉在单一培养或一路培养时体现出不合的体现和行径。是以,为了建立神经肌肉接点(NMJ)的体外模型,对这些细胞进行共培养是很紧张的,以使突发性组织和多细胞互相感化能够bf365乐趣在体外发生。

完备的大年夜鼠脊髓从头端到尾端具有三个不合的解剖区域:宫颈,胸廓和腰椎。肿大年夜的腰椎肿大年夜是尾椎脊髓的一个宽阔区域,是下肢神经的附着点。中枢模式发生器(CPG)是脊髓内繁杂的振荡收集,节制着从运动到呼吸的一系列有节奏的动作。

▲完备的新生大年夜鼠脊髓的器官型培养

四足运动必要在肢体内以及同侧和对侧肢体之间同时和谐屈伸肌对。这是由称为CPG的脊髓回路完成的。CPG是一种大年夜致对称的回路,平日由外侧愉快性中心神经元、内侧抑制性中心神经元组成,输出到腹外侧胆碱能运动神经元组成。CPG的功能是从无模式的输入中孕育发生有模式的输出。先前的事情已经确定了第一和第二腰椎作为大年夜鼠后肢运动CPG的位置。

当钻研者将大年夜鼠脊柱与3D肌肉相连时,脊柱将神经元延伸到肌肉中,并开始经由过程肌肉发送电旌旗灯号,使肌肉紧缩。脊柱和肌肉被连接到一个机动的支架上,支架的两条手臂垂直于脊椎伸出,这样当肌肉紧缩时,支架就会弯曲,两臂则指向彼此。

▲从脊髓和C2C12成肌细胞构建扭起色械人的措施

钻研注解,运居心理上完备的脊髓驱动图案化的肌肉紧缩,可实现第一个全功能3D神经肌肉连接的工程设计。

Kaufman说:“大年夜鼠脊髓在脱离身段一个多礼拜后,就能够识别3D肌肉,并在体内完成肌肉有规律的紧缩。肌肉的紧缩可以经由过程在系统中添加或删除神经递质来节制。”

众所周知,这些构成周围神经系统的脊柱神经元很难在活体动物中进行钻研。是以,关于此类神经元的疾病很难被理解,例如被称为运动神经元疾病的肌萎缩性侧索硬化症(ALS)。Kaufman说,这样的系统可以使实时钻研这些疾病的进展变得加倍轻易。

这个机械人只有大年夜约6毫米长,因为太小,肌肉很难将营养物质接受到所有组织上,是以机械人的小体积也使这项钻研成果的出现面临更大年夜寻衅。然则,一旦钻研职员开拓出一种使此系统变大年夜的措施,它们就可能用于其他医学用途。

用大年夜鼠的脊椎制造的机械人可以用于钻研疾病在组织中的传播历程,并终极可帮忙生物疾病的修复。Kaufmabf365乐趣n觉得:“终极,这种模式可以用于假肢的应用,但这可能要用实验室培养的人体组织bf365乐趣,而不是老鼠的脊柱来完成。由于没有人会想拥有可骇的老鼠脊柱手。”

结语:未来假肢有望受人体脊柱神经元节制

小鼠细胞制成的3D打印肌肉构造的生物机械人可寄托大年夜鼠脊柱神经元进行节制,而此类系统有望利用于假肢制造。使用人类的脊柱神经元节制假肢成为可能。

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