Neurobot en de volgende stap in zelforganiserende biologie.

Met behulp van kikkercellen hebben wetenschappers neurobots gecreëerd, waarmee ze inzicht hebben gekregen in hoe het zenuwstelsel zichzelf organiseert en het gedrag van levende organismen beïnvloedt.

Het gekleurde neurobotmodel toont trilhaarcellen aan de rand en zenuwvezels in het midden. (Bron: Advanced Science)

Nieuw onderzoek, gepubliceerd in het Duitse tijdschrift Advanced Science, toont aan dat wetenschappers een volgende stap zetten in het begrijpen hoe de biologie functionele levende structuren creëert. Het onderzoek richt zich op neurobots, microscopische bio-robots gemaakt van kikkercellen en met daarin neuronen. Deze zijn ontwikkeld vanuit xenobots, een eerdere versie van bio-robots die geen neurale componenten bevatten.

In 2020 creëerden onderzoekers van Tufts University (VS) daarom xenobots met behulp van kikkercellen. Dit zijn microscopische levende structuren die zich in water kunnen bewegen, zichzelf kunnen repareren en zelfs individuele cellen kunnen samenvoegen om nieuwe xenobots te vormen. Voortbouwend op deze basis experimenteerde het onderzoeksteam van Tufts University en het Wyss Institute (VS) verder met het introduceren van neuronen in deze structuren om te zien wat er zou gebeuren. De nieuwe versie wordt een neurobot genoemd.

Het onderzoeksteam gaf aan dat dit onderdeel is van een groter project om te begrijpen hoe groepen cellen zich onder ongunstige omstandigheden kunnen organiseren tot complexe structuren. De verkregen inzichten zouden nuttig kunnen zijn in de synthetische biologie en regeneratieve geneeskunde.

Om de xenobots te creëren, gebruikten wetenschappers cellen uit de vroege embryo's van de Afrikaanse klauwkikker Xenopus laevis. Toen de voorlopercellen van de huid werden gescheiden en in een kweekbakje werden geplaatst, vormden ze spontaan kleine, ronde, harige structuren die in water konden zwemmen. Deze structuren zijn volledig biologisch van aard, vereisen geen steigerwerk of genetische modificatie, kunnen zichzelf herstellen en kunnen ongeveer 9 tot 10 dagen overleven dankzij de voedingsstoffen die in de oorspronkelijke embryonale cellen waren opgeslagen.

Met behulp van neurobots implanteerde het onderzoeksteam clusters van neurale stamcellen in het midden van de biobots tijdens hun vorming. Deze cellen rijpten vervolgens en ontwikkelden axonen en dendrieten. Microscopisch onderzoek toonde aan dat de neurobots belangrijke kenmerken van een natuurlijk zenuwstelsel hadden gevormd. De onderzoekers bevestigden ook dat deze cellen konden functioneren binnen eenvoudige neurale netwerken.

Vergeleken met biobots zonder neuronen zijn neurobots doorgaans groter en langwerpiger en vertonen ze complexere bewegingspatronen. Wanneer ze worden blootgesteld aan een medicijn dat de hersenactiviteit beïnvloedt, veranderen neurobots hun bewegingen ook anders dan typische biobots. Dit suggereert dat het nieuw gevormde neurale netwerk niet alleen structureel aanwezig is, maar ook direct deelneemt aan het vormgeven van gedrag.

Een andere opmerkelijke bevinding was de onverwachte genactiviteit in de neurobot, waaronder genen die verband houden met visuele verwerking en lichtgevoelige cellen. Hierdoor opperen wetenschappers de mogelijkheid dat neurobots in de toekomst op licht zouden kunnen reageren. Hoewel dit onderzoek zich nog in een vroeg stadium bevindt, wordt geleidelijk aan onderzocht hoe levende cellen zich kunnen organiseren tot functionele structuren, wat nieuwe mogelijkheden in de biotechnologie opent.

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