Pazartesi, Mart 4, 2024
Ana Sayfa arşivler İnsan Hücreleri Minik Biyolojik Robotlara Dönüştü

İnsan Hücreleri Minik Biyolojik Robotlara Dönüştü

- Advertisement -

Botun hareketini sağlayan kirpiklerden oluşan bir koronaya sahip, derinlik renginde bir Anthrobot gösteriliyor. Kredi bilgileri: Gizem Gümüşkaya, Tufts Üniversitesi
Botun hareketini sağlayan kirpiklerden oluşan bir koronaya sahip, derinlik renginde bir Anthrobot gösteriliyor. Kredi bilgileri: Gizem Gümüşkaya, Tufts Üniversitesi

Çok hücreli robotlar hareket ediyor ve kültürlenmiş nöronlarda oluşturulan “yaraların” iyileşmesine yardımcı oluyor.

Tufts Üniversitesi ve Harvard Üniversitesi’nin Wyss Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, insan trakeal hücrelerinden Anthrobot adını verdikleri, bir yüzey boyunca hareket edebilen ve bir laboratuvar tabağındaki hasar bölgesinde nöronların büyümesini teşvik ettiği tespit edilen küçük biyolojik robotlar yarattılar.

Boyutları insan saçı genişliğinden sivri uçlu bir kalemin ucuna kadar değişen çok hücreli robotlar, kendi kendine kurulabilecek şekilde yapıldı ve diğer hücreler üzerinde dikkate değer bir iyileştirici etkiye sahip olduğu gösterildi. Keşif, araştırmacıların hastalardan türetilmiş biyobotları yenilenme, iyileştirme ve hastalıkların tedavisi için yeni terapötik araçlar olarak kullanma vizyonu için bir başlangıç ​​noktasıdır.

İnsan Hücreleri Minik Biyolojik Robotlara Dönüştü
İnsan trakeal deri hücreleri kendi kendine birleşerek Anthrobot adı verilen çok hücreli, hareketli organoidlere dönüşür. Bu görüntüler, yüzeylerinde farklı desenlerde dağılmış kirpiklere (sarı) sahip Anthrobotları göstermektedir. Kirpiklerin yüzey desenleri farklı hareket desenleriyle ilişkilidir: dairesel, kıpırdayan, uzun eğriler veya düz çizgiler. 

Xenobotlardan Anthrobotlara: Biyobotikte Bir Atılım

Bu ilerleme, Tufts Üniversitesi Sanat ve Bilim Okulu’nda Vannevar Bush Biyoloji Profesörü Michael Levin ve Vermont Üniversitesi’nden Josh Bongard’ın laboratuvarlarında, adı verilen kurbağa embriyo hücrelerinden çok hücreli biyolojik robotlar yarattıkları önceki araştırmalara dayanmaktadır.

O zamanlar araştırmacılar, bu yeteneklerin bir amfibi embriyosundan türetilmelerine bağlı olup olmadığını veya biyobotların başka hayvanların hücrelerinden yapılıp yapılamayacağını bilmiyorlardı. türler.

Levin, doktora öğrencisi Gizem Gumuskaya ile birlikte robotların aslında herhangi bir genetik değişiklik yapılmadan yetişkin insan hücrelerinden oluşturulabileceğini ve bunların Xenobotlarda gözlemlenenin ötesinde bazı yetenekler sergilediğini keşfetti. Keşif, laboratuvarın sorduğu daha geniş bir soruyu yanıtlamaya başlıyor: Hücrelerin vücutta nasıl bir araya geldiğini ve birlikte çalıştığını belirleyen kurallar nelerdir ve hücreler doğal bağlamlarından alınıp farklı “vücut planları” halinde yeniden birleştirilebilir mi? tasarım gereği diğer işlevleri yerine getiriyor mu?

Anthrobotların Yeteneklerini Keşfetmek

Bu durumda araştırmacılar, trakeadaki onlarca yıllık sessiz yaşamın ardından insan hücrelerine yeniden başlama ve yeni yapılar ve görevler yaratmanın yollarını bulma şansı verdi. Biyoloji alanına girmeden önce mimarlık diploması alan Gümüşkaya, “Hücrelerin vücutta varsayılan özellikler yaratmanın yanı sıra neler yapabileceğini araştırmak istedik” dedi. “Hücreler arasındaki etkileşimleri yeniden programlayarak, taş ve tuğlanın duvarlar, kemerler veya sütunlar gibi farklı yapısal elemanlar halinde düzenlenebilmesine benzer şekilde yeni çok hücreli yapılar oluşturulabilir.” Araştırmacılar, hücrelerin yalnızca yeni çok hücreli şekiller oluşturmakla kalmayıp, aynı zamanda bir laboratuvar kabında yetiştirilen insan nöronlarının yüzeyi üzerinde farklı şekillerde hareket edebildiklerini ve hücre katmanının çizilmesinden kaynaklanan boşlukları doldurmak için yeni büyümeyi teşvik edebildiklerini buldu.

Anthrobotların nöronların büyümesini tam olarak nasıl teşvik ettiği henüz belli değil, ancak araştırmacılar, nöronların, “süperbot” olarak adlandırdıkları, Anthrobotların kümelenmiş bir topluluğunun kapladığı alan altında büyüdüğünü doğruladılar.

Aynı zamanda Tufts’taki Allen Keşif Merkezi’nin direktörü olarak görev yapan ve Wyss Enstitüsü’nün yardımcı öğretim üyesi olan Levin, “Laboratuvarda oluşturduğumuz hücresel düzenekler vücutta yaptıklarının ötesine geçen yeteneklere sahip olabilir” dedi. “Normal hasta trakeal hücrelerinin, hücrelerini değiştirmeden, büyüleyici ve tamamen beklenmedik bir durum. DNALevin, “kendi başlarına hareket edebilir ve hasar bölgesinde nöron büyümesini teşvik edebilir” dedi. “Şimdi iyileştirme mekanizmasının nasıl çalıştığına bakıyoruz ve bu yapıların başka neler yapabileceğini soruyoruz.”

İnsan Hücreleri Minik Biyolojik Robotlara Dönüştü
Gizem Gümüşkaya Anthrobot yapmak için laboratuvarda çalışıyor. Kredi bilgileri: Gizem Gümüşkaya, Tufts Üniversitesi

İnsan hücrelerini kullanmanın avantajları arasında, bir bağışıklık tepkisini tetikleme veya bağışıklık sistemini baskılayıcı maddeler gerektirme riski olmadan terapötik çalışmalar gerçekleştirmek için hastanın kendi hücrelerinden robotlar oluşturma yeteneği yer alıyor. Parçalanmadan önce yalnızca birkaç hafta dayanırlar ve bu nedenle işleri bittikten sonra vücuda kolayca yeniden emilebilirler.

Ayrıca Anthrobotlar vücut dışında yalnızca çok özel laboratuvar koşullarında hayatta kalabiliyor ve laboratuvar dışında maruz kalma veya istenmeyen yayılma riski bulunmuyor. Aynı şekilde üremezler ve hiçbir genetik düzenlemeye, eklemeye veya silmeye sahip değildirler; dolayısıyla mevcut koruma önlemlerinin ötesinde gelişme riski yoktur.

Anthrobotlar Nasıl Yapılır?

Her Anthrobot, yetişkin bir donörden alınan tek bir hücre olarak başlıyor. Hücreler trakeanın yüzeyinden gelir ve ileri geri dalgalanan silia adı verilen saç benzeri çıkıntılarla kaplıdır. Kirpikler, trakeal hücrelerin akciğerdeki hava geçişlerine giden küçük parçacıkları dışarı itmesine yardımcı olur. Öksürerek veya boğazımızı temizleyerek partikülleri ve fazla sıvıyı dışarı atmanın son adımını attığımız zaman hepimiz silyalı hücrelerin çalışmasını deneyimliyoruz. Başkaları tarafından yapılan daha önceki çalışmalar, hücrelerin laboratuvarda büyütüldüğünde kendiliğinden organoid adı verilen çok hücreli küçük küreler oluşturduklarını göstermişti.

Araştırmacılar, organoidlerde kirpiklerin dışarıya doğru yönelmesini teşvik eden büyüme koşulları geliştirdiler. Birkaç gün içinde kürek gibi hareket eden kirpiklerin etkisiyle etrafta dolaşmaya başladılar. Farklı şekil ve hareket türlerine dikkat çektiler; ilki. Biyorobotik platformunun gözlemlenen önemli özelliği. Levin, eğer Anthrobotlara başka özellikler eklenebilseydi (örneğin, farklı hücrelerin katkısıyla), onların çevrelerine tepki verecek, seyahat edecek ve vücutta işlevler gerçekleştirecek ya da laboratuvarda tasarlanmış dokular oluşturmaya yardımcı olacak şekilde tasarlanabileceğini söylüyor.

Ekip, Simon Garnier’in yardımıyla New Jersey Teknoloji Enstitüsü, üretilen farklı Anthrobot türlerini karakterize etti. Robotların, boyutları 30 ila 500 mikrometre (insan saçı kalınlığından sivri uçlu kalem ucuna kadar) arasında değişen, nanoteknoloji ile daha büyük mühendislik cihazları arasında önemli bir boşluğu dolduran birkaç farklı şekil ve hareket kategorisine girdiğini gözlemlediler. .

Bazıları küreseldi ve tamamen kirpiklerle kaplıydı ve bazıları düzensiz veya futbol şeklindeydi ve daha düzensiz kirpiklerle kaplıydı veya sadece bir tarafı kirpiklerle kaplıydı. Düz çizgiler halinde seyahat ettiler, dar daireler çizerek hareket ettiler, bu hareketleri birleştirdiler ya da sadece oturup kıpırdadılar. Tamamen kirpiklerle kaplı olan küresel olanlar, kıpır kıpır olma eğilimindeydi. Kirpikleri eşit olmayan bir şekilde dağıtılan Anthrobotlar, düz veya kavisli yollarda daha uzun mesafeler boyunca ilerleme eğilimindeydi. Doğal olarak biyolojik olarak parçalanmadan önce genellikle laboratuvar koşullarında yaklaşık 45-60 gün hayatta kaldılar.

Anthrobotları yaratan Gumuskaya, “Anthrobotlar laboratuvar çanağında kendi kendine bir araya geliyor” dedi. “Xenobotların aksine, onlara şekil vermek için cımbız veya neşterlere ihtiyaç duymuyorlar ve embriyonik hücreler yerine yetişkin hücreleri, hatta yaşlı hastaların hücrelerini bile kullanabiliriz. Tamamen ölçeklenebilir; bu botlardan oluşan sürüleri paralel olarak üretebiliriz, bu da tedavi edici bir araç geliştirmek için iyi bir başlangıçtır.”

İnsan Hücreleri Minik Biyolojik Robotlara Dönüştü
Bir grup Anthrobot veya süperbot (yeşil), mekanik olarak soyuldukları nöronların (kırmızı) büyümesini teşvik eder. Kredi bilgileri: Gizem Gümüşkaya, Tufts Üniversitesi

Anthrobotlar: Şifa ve Terapinin Geleceği

Levin ve Gumuskaya sonuçta terapötik uygulamalara sahip Anthrobot’lar yapmayı planladıkları için, botların yaraları nasıl iyileştirebileceğini görmek için bir laboratuvar testi oluşturdular. Model, insan nöronlarından oluşan iki boyutlu bir tabakanın büyütülmesini içeriyordu ve tabakayı ince bir metal çubukla çizerek, hücrelerden yoksun açık bir ‘yara’ yarattılar.

Boşluğun yoğun bir Anthrobot konsantrasyonuna maruz kalmasını sağlamak için, Anthrobotlar küçük bir alana hapsedildiğinde doğal olarak oluşan bir küme olan “süperbotlar” yarattılar. Süperbotlar esas olarak daire çizenlerden ve kıpırdayanlardan oluşuyordu, bu yüzden açık yaradan çok fazla uzaklaşmıyorlardı.

Botların sinirsel büyümeyi teşvik etmesine yardımcı olmak için Anthrobot hücrelerinde genetik modifikasyonlara ihtiyaç duyulacağı beklense de, şaşırtıcı bir şekilde değiştirilmemiş Anthrobotlar, plakadaki diğer sağlıklı hücreler kadar kalın bir nöron köprüsü oluşturarak önemli miktarda yeniden büyümeyi tetikledi. Anthrobotların bulunmadığı yarada nöronlar büyümedi. En azından laboratuvar çanağının basitleştirilmiş 2 boyutlu dünyasında, Anthrobot düzenekleri canlı sinir dokusunun verimli bir şekilde iyileşmesini teşvik etti.

Araştırmacılara göre botların daha da geliştirilmesi, ateroskleroz hastalarının arterlerindeki plak birikiminin temizlenmesi, omurilik veya retina sinir hasarının onarılması, bakteri veya kanser hücrelerinin tanınması veya hedeflenen dokulara ilaç verilmesi gibi başka uygulamalara da yol açabilir. Anthrobotlar teoride dokuların iyileşmesine yardımcı olurken aynı zamanda yenileyici ilaçlar da üretebilir.

Hücresel Planlar ve Yenilenme Olanakları

Gumuskaya, hücrelerin belirli temel yollarla daha büyük yapılar halinde kendiliğinden bir araya gelme yeteneğine doğuştan sahip olduğunu açıkladı. Gumuskaya, “Hücreler katmanlar oluşturabilir, katlanabilir, küreler oluşturabilir, türlerine göre sıralanabilir ve ayrılabilir, bir araya gelebilir ve hatta hareket edebilir” dedi. “Cansız tuğlalardan iki önemli farkı, hücrelerin birbirleriyle iletişim kurabilmesi ve bu yapıları dinamik olarak oluşturabilmesi ve her hücrenin hareket, molekül salgılaması, sinyallerin tespiti ve daha fazlası gibi birçok fonksiyonla programlanmış olmasıdır. Doğada bulunanlardan farklı yeni biyolojik vücut planları ve işlevleri oluşturmak için bu unsurları nasıl birleştireceğimizi bulmaya çalışıyoruz.”

Hücresel birleşimin doğası gereği esnek kurallarından yararlanmak, bilim adamlarının robotları oluşturmasına yardımcı olur, ancak aynı zamanda doğal vücut planlarının nasıl bir araya geldiğini, genom ve çevrenin dokular, organlar ve uzuvlar oluşturmak için birlikte nasıl çalıştığını ve nasıl onarılacağını anlamalarına da yardımcı olabilir.

Referans: Gizem Gumuskaya, Pranjal Srivastava, Ben G. Cooper, Hannah Lesser, Ben Semegran, Simon Garnier ve Michael Levin, “Yetişkin İnsan Somatik Ata Tohum Hücrelerinden Kendi Kendini Oluşturan Hareketli Yaşayan Biyobotlar”, 30 Kasım 2023.

BENZER YAZILAR

SYS

SYS dosyası nedir? SYS dosyaları, Windows işletim sistemi ve MS-DOS uygulamalarında kullanılan “Sistem dosyalarıdır”. Bu dosyalar doğrudan açılamaz ve cihazın sürücüsünden ve yapılandırmasından oluşur. SYS dosyaları,...

Elon Musk’ın Twitter’ı Devralması: Olayların Zaman Çizelgesi

Elon Musk, sosyal medya şirketini 44 milyar dolara satın aldıktan sonra 27 Ekim 2022'de Twitter'ın sahibi ve CEO'su oldu. Aşağıda, Musk'ın Twitter'ı satın almasına yol...

ALBERT EİNSTEİN -Oyun

Gülten KARLI Kişiler :Albert Eistein Milevya ( Birinci karısı ) Hans ( oğlu ) Elsa ( İkinci karısı ) Leo Szilard ( Meslektaşı )...

POPÜLER YAZILAR

Lazer Hassasiyeti, NASA’nın Navigasyon Doppler Lidar’ı ile Ay Keşifleriyle Buluşuyor

NASAAy gösterisi için hazırlanan Navigasyon Doppler Lidar teknolojisi, uzay araştırmalarının ötesinde sonuçları olan iniş teknolojisindeki ilerlemeleri vurguluyor. Bu ayın sonlarında, NASA'nın ticari ay teslimat hizmetleri...

Ay, Mars ve Ötesi için Öncü Fisyon Enerjisi

NASA özerklik, güvenlik ve uzun vadeli çalışmaya odaklanarak Ay için bir nükleer fisyon reaktörü geliştirmeye yönelik Fisyon Yüzey Enerjisi Projesi ile ilerliyor. Bu çaba,...

Yeni Nesil OLED Teknolojisinin Arkasındaki Sır

Durham Üniversitesi'ndeki bilim adamlarının yeni bir araştırması, daha parlak, daha verimli ve daha kararlı mavi organik ışık yayan diyotlara (OLED'ler) doğru beklenmedik bir yolu...

SEC’in X hesabı, Bitcoin ETF onayına ilişkin sahte haberler yayınlamak için saldırıya uğradı

Birisi, ABD Menkul Kıymetler ve Borsa Komisyonu'nun (SEC) X (eski adıyla Twitter) hesabını ele geçirdi ve kurumun, kayıtlı ulusal güvenlik borsalarında Bitcoin ETF'lerinin (borsada...