Các nhà nghiên cứu đã sử dụng tế bào ống khí của người để tạo ra những robot sinh học nhỏ có thể tự di chuyển và làm việc cùng nhau để khuyến khích quá trình lành của tế bào thần kinh bị tổn thương mà không cần sửa đổi gen. Những robot nhỏ này có tiềm năng biến đổi y học tái tạo và điều trị bệnh.
Các robot có kích thước siêu nhỏ được tạo ra từ tế bào sống – được gọi là biobot – đang được phát triển để thực hiện nhiều nhiệm vụ trong cơ thể người, từ việc phân phối thuốc đến nhận biết tế bào ung thư. Lần này, các nghiên cứu viên tại Đại học Tufts và Viện Wyss của Harvard đã nghiên cứu để tạo ra biobot của riêng họ bằng cách sử dụng tế bào ống khí của con người.
Các nhà nghiên cứu đã nối tiếp công việc trước đó của Đại học Tufts, phối hợp với Đại học Vermont, sử dụng tế bào phôi ếch để tạo ra một biobot đa tế bào, được gọi là Xenobot, có khả năng di chuyển, ghi lại thông tin và tự lành lành. Khi đó, các nhà nghiên cứu không chắc chắn liệu những khả năng này có phải do Xenobot được tạo ra từ tế bào ếch hay không, hay liệu có thể tạo ra một biobot từ tế bào của các loài khác.
Trong nghiên cứu hiện tại, các nhà nghiên cứu muốn xem liệu có thể loại bỏ tế bào khỏi môi trường tự nhiên của chúng và kết hợp lại thành các ‘kế hoạch cơ thể’ khác nhau để thực hiện các chức năng khác nhau. Họ phát hiện ra rằng robot có thể được tạo ra bằng cách sử dụng tế bào người trưởng thành mà không cần sửa đổi gen và với khả năng nâng cao.
“Giai đoạn này, chúng tôi muốn tìm hiểu những gì tế bào có thể làm ngoài việc tạo ra các đặc tính mặc định trong cơ thể”, Gizem Gumuskaya, người dẫn đầu và tác giả tương ứng của nghiên cứu, nói. “Bằng cách tái lập lại tương tác giữa các tế bào, có thể tạo ra các cấu trúc đa tế bào mới, tương tự như cách đá và gạch có thể được sắp xếp thành các yếu tố cấu trúc khác nhau như tường, cổng hoặc cột.”
Bắt đầu với tế bào ống khí được lấy từ bề mặt của đường hô hấp của con người, nhóm nghiên cứu đã phát triển một giao thức mới tirnh tận dụng khả năng tồn tại của tế bào tiền tế của niêm mạc phế nang để tạo thành các quả cầu đa tế bào có những cấu trúc như tuyến tóc vi mô, cấu trúc giống như tóc nhỏ li ti và dao động để di chuyển. Họ sửa đổi quy trình này để tạo ra các quả cầu có phủ tóc vi mô; tức là, các cấu trúc giống tóc nằm ở bên ngoài thay vì ở bên trong.
Chỉ sau vài ngày, những tế bào mới này, mà nhóm nghiên cứu gọi là Anthrobots, bắt đầu di chuyển, do tác động của các tóc vi mô. Khi phát triển đầy đủ, với kích thước dao động từ 30 đến 500 micron, một số robot có hình cầu và được phủ đầy bởi tóc vi mô, trong khi những con khác có hình bất đối xứng hoặc hình bóng đá với lớp phủ tóc vi mô không đồng đều. Phân phối của tóc vi mô quyết định cách mà các robot di chuyển, có thể là vòng lặp hoặc uốn cong theo đường thẳng hoặc cong. Anthrobots thường tồn tại trong điều kiện phòng thí nghiệm từ 45 đến 60 ngày trước khi tự nhiên phân giải sinh học.
“Anthrobots tự tổ chức trong đĩa thí nghiệm”, Gumuskaya nói. “Khác với Xenobots, chúng không cần kìm và dao mổ để tạo hình, và chúng ta có thể sử dụng tế bào của người lớn – thậm chí là từ bệnh nhân già – thay vì tế bào phôi. Điều này có thể mở rộng hoàn toàn – chúng ta có thể sản xuất đàn robot này song song, đây là một bước khởi đầu tốt để phát triển một công cụ điều trị.”
Các nhà nghiên cứu đã trồng một lớp tế bào thần kinh người 2D trong một đĩa thí nghiệm và cạo các tế bào bằng một thanh kim loại mảnh để tạo ra một ‘vết thương’ không có tế bào. Họ đặt một đàn Anthrobots vào đĩa và quan sát chúng di chuyển trên bề mặt của các tế bào thần kinh. Những robot khuyến khích sự phát triển mới, lấp đầy khoảng trống do vết thương gây ra và tạo ra một cầu nối của các tế bào thần kinh có độ dày như các tế bào khỏe mạnh. Các tế bào thần kinh không phát triển ở vùng vết thương nơi không có Anthrobots.
“Các cụm tế bào chúng tôi xây dựng trong phòng thí nghiệm có thể có khả năng vượt qua những gì chúng thực hiện trong cơ thể”, Michael Levin, một tác giả tương ứng khác, nói. “Rất thú vị và hoàn toàn không mong đợi rằng tế bào ống khí của bệnh nhân bình thường, mà không sửa đổi gen của chúng, có thể di chuyển tự do và khuyến khích sự phát triển của tế bào thần kinh qua một khu vực tổn thương. Bây giờ chúng tôi đang xem xét cách cơ chế làm lành hoạt động và đang hỏi những gì các cấu trúc này còn có thể làm.”
Một lợi ích của việc sử dụng tế bào người bao gồm khả năng xây dựng robot từ tế bào của bệnh nhân để thực hiện công việc điều trị mà không gây ra phản ứng miễn dịch hoặc yêu cầu thuốc chống miễn dịch.
Phát triển tiếp theo của các robot có thể dẫn đến các ứng dụng khác, như loại bỏ sự tích tụ các mảng bám từ động mạch, sửa chữa tuyến thủy tổn thương hoặc thần kinh giác mạc, nhận biết vi khuẩn hoặc tế bào ung thư, hoặc phân phối thuốc đến các mô cụ thể. Lý thuyết, Anthrobots có thể giúp làm lành mô bên cạnh việc phân phối thuốc kích thích tái tạo mô.