Νευρορομπότ και το επόμενο βήμα στην αυτοοργανωμένη βιολογία.

Χρησιμοποιώντας κύτταρα βατράχου, οι επιστήμονες δημιούργησαν νευρορομπότ, αποκαλύπτοντας πώς το νευρικό σύστημα αυτοοργανώνεται και επηρεάζει τη συμπεριφορά των ζωντανών οργανισμών.

Το χρωματισμένο μοντέλο νευρορομπότ δείχνει κροσσωτά κύτταρα γύρω από την περίμετρο και νευρικές ίνες στο κέντρο. (Πηγή: Advanced Science)

Νέα έρευνα που δημοσιεύτηκε στο γερμανικό περιοδικό Advanced Science δείχνει ότι οι επιστήμονες κάνουν ένα ακόμη βήμα στην κατανόηση του πώς η βιολογία δημιουργεί λειτουργικές ζωντανές δομές. Το επίκεντρο της έρευνας είναι τα νευρορομπότ, μικροσκοπικά βιορομπότ κατασκευασμένα από κύτταρα βατράχου που ενσωματώνουν νευρώνες. Αυτά έχουν αναπτυχθεί από ξενορομπότ, μια προηγούμενη έκδοση βιορομπότ που δεν διέθετε νευρωνικά στοιχεία.

Συνεπώς, το 2020, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Tufts (ΗΠΑ) δημιούργησαν ξενορομπότ χρησιμοποιώντας κύτταρα βατράχου. Πρόκειται για μικροσκοπικές ζωντανές δομές που μπορούν να κινούνται στο νερό, να αυτοεπιδιορθώνονται, ακόμη και να συναρμολογούν μεμονωμένα κύτταρα για να σχηματίσουν νέα ξενορομπότ. Βασιζόμενη σε αυτή τη βάση, η ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο Tufts και το Ινστιτούτο Wyss (ΗΠΑ) συνέχισε να πειραματίζεται με την εισαγωγή νευρώνων σε αυτές τις δομές για να δει τι θα συνέβαινε. Η νέα έκδοση ονομάζεται νευρορομπότ.

Η ερευνητική ομάδα δήλωσε ότι αυτό αποτελεί μέρος μιας ευρύτερης προσπάθειας να κατανοηθεί πώς ομάδες κυττάρων μπορούν να αυτοοργανωθούν σε πολύπλοκες δομές υπό δυσμενείς συνθήκες. Οι γνώσεις που αποκτήθηκαν θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες στη συνθετική βιολογία και την αναγεννητική ιατρική.

Για να δημιουργήσουν τα ξενορομπότ, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν κύτταρα που ελήφθησαν από τα πρώιμα έμβρυα του αφρικανικού βατράχου Xenopus laevis. Όταν τα πρόδρομα κύτταρα του δέρματος διαχωρίστηκαν και τοποθετήθηκαν σε ένα τρυβλίο καλλιέργειας, συναρμολογήθηκαν αυθόρμητα σε μικρές, στρογγυλές, τριχωτές δομές που μπορούσαν να κολυμπήσουν στο νερό. Αυτές οι δομές είναι εξ ολοκλήρου βιολογικής προέλευσης, δεν απαιτούν ικρίωμα ή γενετική τροποποίηση, μπορούν να αυτο-επουλωθούν και μπορούν να επιβιώσουν για περίπου 9 έως 10 ημέρες χάρη στα θρεπτικά συστατικά που αποθηκεύονται στα αρχικά εμβρυϊκά κύτταρα.

Με τα νευρορομπότ, η ερευνητική ομάδα εμφύτευσε συστάδες νευρωνικών προγονικών κυττάρων στο κέντρο των βιορομπότ καθώς αυτά σχηματίζονταν. Αυτά τα κύτταρα στη συνέχεια ωρίμασαν, αναπτύσσοντας άξονες και δενδρίτες. Η μικροσκοπική παρατήρηση αποκάλυψε ότι τα νευρορομπότ είχαν σχηματίσει βασικά χαρακτηριστικά ενός φυσικού νευρικού συστήματος. Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν επίσης ότι αυτά τα κύτταρα μπορούσαν να λειτουργήσουν μέσα σε απλά νευρωνικά δίκτυα.

Σε σύγκριση με τα βιορομπότ χωρίς νευρώνες, τα νευρορομπότ είναι συνήθως μεγαλύτερα και πιο επιμήκη, εμφανίζοντας πιο σύνθετα μοτίβα κίνησης. Όταν εκτίθενται σε ένα φάρμακο που επηρεάζει την εγκεφαλική δραστηριότητα, τα νευρορομπότ αλλάζουν επίσης τις κινήσεις τους διαφορετικά από τα τυπικά βιορομπότ. Αυτό υποδηλώνει ότι το νεοσχηματισμένο νευρωνικό δίκτυο όχι μόνο υπάρχει δομικά αλλά συμμετέχει και άμεσα στη διαμόρφωση της συμπεριφοράς.

Ένα άλλο αξιοσημείωτο εύρημα ήταν η απροσδόκητη γονιδιακή δραστηριότητα εντός του νευρορομπότ, συμπεριλαμβανομένων γονιδίων που σχετίζονται με την οπτική επεξεργασία και τα φωτοευαίσθητα κύτταρα. Από αυτό, οι επιστήμονες εγείρουν το ενδεχόμενο τα νευρορομπότ να μπορούν αργότερα να αντιδρούν στο φως. Αν και βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο, η έρευνα αυτή διερευνά σταδιακά πώς τα ζωντανά κύτταρα μπορούν να οργανωθούν σε λειτουργικές δομές, ανοίγοντας νέους δρόμους στη βιοτεχνολογία.

Πηγή: https://baoquocte.vn/neurobot-va-buoc-tien-moi-cua-sinh-hoc-tu-to-chuc-385273.html