Biohybride Roboter kombinieren biologische Komponenten wie Muskeln, Pflanzenmaterial und sogar Pilze mit nicht-biologischen Materialien. Wir sind zwar ziemlich gut darin, die nicht-biologischen Teile zum Laufen zu bringen, aber wir hatten immer ein Problem damit, die organischen Komponenten am Leben zu erhalten und gut zu halten. Aus diesem Grund waren Maschinen, die von biologischen Muskeln angetrieben werden, schon immer ziemlich klein und einfach – bis ein paar Zentimeter lang und typischerweise nur mit einem einzigen Betätigungsgelenk.
„Die Skalierung von biohybriden Robotern war aufgrund der schwachen kontraktilen Kraft der Muskeln, das Risiko einer Nekrose in dicken Muskelgeweben und der Herausforderung, biologische Aktuatoren mit künstlichen Strukturen zu integrieren, schwierig“, sagt Shoji Takeuchi, Professor an der Tokio University, Japan, Japan. Takeuchi leitete ein Forschungsteam, das eine in voller Größe, 18 Zentimeter langen, biohybriden menschliche Hand mit allen fünf Fingern baute, die von menschlichen Muskeln für Laboranbau angetrieben werden.
Die Muskeln am Leben erhalten
Von allen Straßensperren, die uns davon abhalten, groß angelegte biohybride Roboter aufzubauen, war die Nekrose wahrscheinlich am schwierigsten zu überwinden. Das Anbau der Muskeln in einem Labor bedeutet normalerweise ein flüssiges Medium, um Muskelzellen, die auf Petrischalen ausgesät oder auf Gel -Gerüste aufgetragen wurden, Nährstoffe und Sauerstoff zu versorgen. Da diese kultivierten Muskeln klein und ideal flach sind, können Nährstoffe und Sauerstoff aus dem Medium problemlos jede Zelle in der wachsenden Kultur erreichen.
Wenn wir versuchen, die Muskeln dicker und damit leistungsfähiger zu machen, werden die Zellen, die in diesen dickeren Strukturen tiefer begraben sind, von Nährstoffen und Sauerstoff abgeschnitten, sodass sie sterben und Nekrose unterzogen werden. In lebenden Organismen wird dieses Problem durch das Gefäßnetzwerk gelöst. Aber künstliche Gefäßnetzwerke in Muskeln für Labormuskeln ist immer noch nicht sehr gut. Also mussten Takeuchi und sein Team das Problem der Nekrose finden. Ihre Lösung war Sushi Rolling.
Das Team begann damit, dünne, flache Muskelfasern auf einer Petrischale nebeneinander angeordnet zu werden. Dies gab allen Zellen Zugang zu Nährstoffen und Sauerstoff, sodass die Muskeln robust und gesund waren. Sobald alle Fasern angebaut wurden, rollten Takeuchi und seine Kollegen sie in Röhren, die Mumutas (mehrere Aktuatoren mit Muskelgewebe) genannt wurden, als würden sie Sushi -Rollen vorbereiten. „Mumutas wurden durch Kultivieren von dünnen Muskelblättern erzeugt und sie in zylindrische Bündel rollten, um die Kontraktilität zu optimieren und gleichzeitig die Sauerstoffdiffusion aufrechtzuerhalten“, erklärt Takeuchi.
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