Спинний мозок миші запустив скорочення м'язів біоробота

Дослідники з США створили біоробота, скороченням м'язових волокон якого управляє ділянка спинного мозку миші. Відростки нейронів спинного мозку проросли до м'язів, сформували синапси і запускали спонтанні скорочення. При впливі глутамату руху біогібриду ставали рівними за амплітудою і регулярними. Стаття опублікована в журналі.

Вчені створюють все більше гібридних механізмів, які рухаються за рахунок скорочень живих м'язових клітин: біороботи вже вміють ходити, стрибати, повзати і навіть плавати. Основне питання, з яким стикаються розробники таких гібридів, - як керувати їх рухами. Це завдання вирішують за допомогою електричних полів, оптогенетики та хімічної стимуляції. У живих системах м'язами керують нервові клітини, і вчені вирощують м'язову і нервову тканину поруч, щоб задіяти нейрони в управлінні біороботом.

Однак штучні системи з окремих клітин не можуть повторити тонкі механізми координації цілих груп м'язів, які відбуваються в живих організмах. У хребетних безпосереднім управлінням рухами займається спинний мозок - він узгодить скорочення м'язів-згиначів і розгиначів як всередині однієї кінцівки, так і між кінцівками.

Вчені з Іллінойського університету в Урбані-Шампейні під керівництвом Марти Жиллетт (Martha Gillette) виділили ділянку поперекової області спинного мозку миші і вирощували його в культурі. Потім створили полімерний скелет для м'язів з двома рухомими стовпчиками, які грали роль сухожиль. На платформу висадили міобласти (попередники м'язових клітин) і дали їм розростися, після чого розташували ділянку спинного мозку паралельно м'язовим волокнам.

При вирощуванні в культурі спинний мозок розростався за рахунок як нейронів, так і глії (допоміжної тканини, яка необхідна для формування і функціонування синапсів). Нервові клітини генерували електричні імпульси як спонтанно, так і під дією збуджуючого медіатора глутамату. У культурі з м'язовими клітинами відростки нейронів спинного мозку проросли до м'язових волокн і сформували синапси за сім днів.

Конструкцію назвали «спіноробот». М'язи цього гібрида скорочувалися спонтанно, а коли в середу додавали глутамат, їхні рухи ставали однаковими по амплітуді і організовувалися у виразний часовий малюнок. Після додавання блокатора глутаматних рецепторів активність м'язових волокон припинялася.

Пристрій біоробота схожий з будовою периферичної нервової системи. У майбутньому на основі цієї моделі можна створювати системи, в яких буде скоординовано роботу декількох м'язів (наприклад, згиначів і розгиначів) і можливе тонке налаштування їх рухів.

Нещодавно ми писали про схожий біороботі, в якому відростки нейронів з культури проростали до м'язових волокн. Як виявилося, не тільки нервові клітини керують активністю м'язових, але й останні виділяють речовини, які прискорюють зростання і розвиток нейронів.