Биороботы из клеток лягушки показали новые формы активности после внедрения нервных клеток. Работа открывает перспективы для регенеративной медицины и биоинженерии.
В 2020 году американские ученые создали из клеток лягушки крошечные живые формы — ксеноботов. Они способны перемещаться в воде, залечивать собственные раны и объединять другие клетки для создания своих собратьев-ксеноботов.
Недавно группа исследователей при участии специалистов Института Висса пошла еще дальше: они добавили в ботов нервные клетки. В результате нейроботы приобретают новые формы и демонстрируют уникальное поведение. Создание нейророботов помогает ответить на вопрос, насколько возможно построить нервную систему «с нуля», говорят специалисты.
Зачем роботам нервы
Работа стала частью проекта по изучению того, как клеточные сообщества организуются для построения сложных структур в новых условиях. Как ожидается, это поможет развитию синтетической биологии и регенеративной медицины. В частности, исследование нейророботов поможет понять, каковы правила самоорганизации нервной системы и как использовать эти правила для лабораторного создания новых структур или восстановления тканей в организме.
К эксперименту привлекли клетки эмбрионов африканской когтистой лягушки (Xenopus laevis). Когда клетки-предшественники кожи развиваются в чашке Петри, они образуют сферические структуры (ксеноботов), покрытые выступами-ресничками. Эти ксеноботы сформированы природой без каких-либо каркасных материалов или генетических манипуляций — и способны к самовосстановлению. Также они могут выживать около 10 дней, питаясь веществами из исходных эмбриональных клеток.
Следующая задача — понять, как изменятся ксеноботы, если в них появятся нейроны. Для этого исследователи имплантировали ксеноботам скопления нейронных клеток от лягушек. В итоге имплантированные клетки созрели до нейронов и образовали разветвленные отростки — аксоны и дендриты. Таким образом, нейроны в нейророботах приобрели черты настоящей нервной системы. Исследователи идентифицировали белковые маркеры, обычно связанные с синапсами — точками контакта, где нейроны взаимодействуют. Метод визуализации нейронной активности показал, что нейроны были электрически активны и функционировали в примитивных нейронных сетях.
По сравнению с биороботами без нейронов, нейророботы становились более крупными и вытянутыми. Они также по-другому двигались. Оба типа могли плавать, но нейророботы реже сидели неподвижно и чаще демонстрировали сложные движения.
Затем исследователи подвергли роботов воздействию препарата пентилентетразола, который влияет на активность мозга и вызывает судороги. Под его воздействием двигательные паттерны нейророботов поменялись, но иначе, чем у биороботов без нейронов. Это указывает на то, что вновь сформированные нервные системы активно регулировали поведение. Даже простая самоорганизующаяся нейронная сеть может влиять на то, как движется новое существо, отметили испытатели. Помимо активации генов основных рецепторов головного мозга, исследователи также заметили активацию генов, участвующих в зрительном восприятии. Возможно, в будущем нейророботов получится «обучить» реагировать на свет, рассуждают ученые.
Источник новости и фото: https://science.mail.ru/…
