يقوم الباحثون حاليًا بتطوير روبوتات حيوية صغيرة مصنوعة من خلايا حية لأداء مجموعة متنوعة من المهام في جسم الإنسان، بدءًا من توصيل الأدوية وحتى تحديد الخلايا السرطانية. وفي أحدث التطورات، نجح الباحثون في جامعة تافتس ومعهد ويس بجامعة هارفارد في إنشاء نوع جديد من الروبوت البيولوجي باستخدام خلايا القصبة الهوائية البشرية.
استخدم الباحثون خلايا مجرى الهواء البشري لإنشاء روبوتات بيولوجية صغيرة يمكنها التحرك بمفردها والعمل معًا لتعزيز شفاء الخلايا العصبية التالفة دون تعديل الجينات. يتمتع هذا الروبوت الصغير بالقدرة على إحداث تحول في الطب التجديدي وعلاج الأمراض.
وفي السابق، تعاونت جامعة تافتس مع جامعة فيرمونت لاستخدام الخلايا الجنينية للضفادع لإنشاء روبوت بيولوجي متعدد الخلايا يسمى "زينوبوت" يمكنه التنقل وتسجيل المعلومات وإصلاح نفسه. في ذلك الوقت، لم يكن الباحثون متأكدين مما إذا كانت هذه القدرات ناتجة عن أن Xenobot مصنوع من خلايا الضفادع، أو ما إذا كان يمكن صنع الروبوت الحيوي من خلايا من أنواع أخرى.
وفي الدراسة الحالية، أراد الباحثون معرفة ما إذا كان من الممكن إزالة الخلايا من بيئتها الطبيعية وإعادة تجميعها في "خطط الجسم" المختلفة لأداء وظائف أخرى. ووجدوا أنه باستخدام الخلايا البشرية البالغة، يمكنهم إنشاء روبوتات أكثر قدرة دون الحاجة إلى التعديل الوراثي.
وقال جيزيم جوموسسكايا، المؤلف الأول للدراسة: "أردنا استكشاف ما يمكن أن تفعله الخلايا إلى جانب إنشاء وظائف افتراضية في الجسم". "من خلال إعادة برمجة التفاعلات بين الخلايا، يمكن إنشاء هياكل جديدة متعددة الخلايا، تمامًا كما يمكن ترتيب الحجارة والطوب في عناصر هيكلية مختلفة مثل الجدران أو الأقواس أو الأعمدة."
قاموا أولاً باستخراج خلايا القصبة الهوائية من سطح القصبة الهوائية البشرية، ثم طوروا بروتوكولًا جديدًا يستغل القدرات الحالية للخلايا السلفية الظهارية القصبية لتشكيل الأجسام الشبه الكروية متعددة الخلايا مع الأهداب، وهي هياكل صغيرة تشبه الشعر يمكنها الاهتزاز والتحرك. لقد قاموا بتعديل هذه العملية لإنتاج مجالات ملفوفة بالأهداب. أي أن الهياكل الهدبية موجودة خارج المجالات وليس داخلها.
وفي غضون أيام، بدأت الخلايا الجديدة، التي يسميها الباحثون "الإنسان الآلي"، في التحرك، مدفوعة بالأهداب. ويتراوح حجم الروبوتات من 30 ميكرون إلى 500 ميكرون عند اكتمال نموها، وبعضها يكون كرويًا ومغطى بالكامل بالأهداب، والبعض الآخر غير منتظم أو على شكل كرة قدم ومغطى بالأهداب بشكل غير متساو. يحدد توزيع الأهداب كيفية تحرك الروبوت، سواء كان يدور أو يتأرجح على مسارات مستقيمة أو منحنية. تعيش الروبوتات عادةً في ظروف معملية لمدة تتراوح بين 45 إلى 60 يومًا قبل أن تتحلل بشكل طبيعي.
وقالت جوموسكايا: "يمكن للروبوتات أن تجمع نفسها في طبق مختبري". "على عكس Xenobots، فهي لا تحتاج إلى ملاقط أو مشارط لتشكيلها، ويمكننا استخدام الخلايا البالغة، أو حتى خلايا من المرضى الأكبر سنًا، بدلاً من الخلايا الجنينية. إنها قابلة للتطوير تمامًا - يمكننا إنتاج أسراب من هذه الروبوتات بالتوازي، وهي بداية رائعة لتطوير الأدوات العلاجية."
وقام الباحثون بزراعة طبقة من الخلايا العصبية البشرية ثنائية الأبعاد في طبق مختبري، ثم قاموا بخدش الخلايا بقضيب معدني رفيع، مما أدى إلى خلق "جرح" بدون خلايا. وضعوا سربًا من الروبوتات في طبق بتري وشاهدوها تتحرك عبر سطح الخلايا العصبية. عززت الروبوتات نمو خلايا جديدة، وملأت الفجوات التي أحدثتها الجروح وشكلت جسورًا عصبية سميكة مثل الخلايا السليمة. في الجروح التي لا تحتوي على إنسان آلي، لم تنمو الخلايا العصبية.
وقال مايكل ليفين، مؤلف آخر: "إن مجموعات الخلايا التي أنشأناها في المختبر يمكن أن يكون لها وظائف تتجاوز قدراتها في الجسم. إنه أمر رائع وغير متوقع على الإطلاق أن خلايا مجرى الهواء الطبيعي للمريض يمكنها التحرك من تلقاء نفسها وتعزيز نمو الخلايا العصبية في المنطقة المتضررة دون تغيير الحمض النووي الخاص بها. نحن الآن ندرس كيفية عمل آلية الشفاء هذه ونستكشف ما يمكن أن تفعله هذه التركيبات أيضًا."
إحدى مزايا استخدام الخلايا البشرية هي القدرة على استخدام خلايا المريض الخاصة لبناء روبوتات يمكنها إكمال العلاج دون إثارة استجابة مناعية أو الحاجة إلى تناول مثبطات المناعة.
يمكن أن يؤدي التطوير الإضافي لمثل هذه الروبوتات إلى تطبيقات أخرى، مثل إزالة الترسبات المتراكمة في الشرايين، أو إصلاح الحبل الشوكي أو أعصاب الشبكية التالفة، أو تحديد البكتيريا أو الخلايا السرطانية، أو توصيل الأدوية إلى الأنسجة المستهدفة. من الناحية النظرية، يمكن للروبوتات المساعدة في شفاء الأنسجة أثناء توصيل الأدوية التي تعزز التجدد.
ونشر البحث في مجلة العلوم المتقدمة.