Diese 3D-gedruckten Bio-Bots werden mit echten Muskelzellen angetrieben

Wie könnte ein künstliches Gelenk ohne angeschlossene Energiequelle funktionieren? Forscher der Universität Illinois haben nun eine mögliche Antwort auf diese Frage gefunden, indem sie auf einem 3D-gedrucken Skelett Muskeln von Mäusen wachsen ließen. Die Muskeln können sich durch elektrische Impulse sogar bewegen, genau wie bei mir und dir.

Der biologisch angetriebene Roboter—ein sogenannter Bio-Bot—besteht aus einem Hydrogel-Skelett, das sich aus einem flexiblen verbindendem Balken und zwei herausragenden Säulen zusammensetzt. Zwischen den Säulen werden die Zellen gezüchtet, wie eine neue in PNAS veröffentlichte Studie vorstellt.

Für einen besonders robusten Muskelstrang nahmen die Wissenschaftler skelettartige Muskelzellen. Die Flexibilität des 3D-gedruckten Skelett-Balkens optimierten sie indem sie seine Festigkeit variierten.

Für die Stimulation der Muskeln platzierten die Forscher den Bio-Bot in einer Schale mit Flüssigkeit und einem bipolaren elektrischen Feld. Pulsierende Elektrizität ist sie unseren Motoneuronen ähnlich genug um Proteinherstellung und Muskelkontraktionen auslösen. Dieses Phänomen wird in diesem Video gezeigt:

Um die Muskeln in Bewegung zu versetzen, mussten die Forscher ein weiteres Skelett drucken, da nach ihren Ergebnissen die Säulen andere Längen benötigten, um einen Impuls zu umzusetzen. Nachdem dieses Skelett in die Schale mit dem bipolaren elektronischen Feld gesetzt wurde, vollführte es den die selbe Krabbelbewegung, die wir von der Spannerraupe kennen.

Dies ist nicht die erste Demonstration von biologisch hergestellten Blöcken, die Kraft erzeugen. Wissenschaftler demonstrierten bereits, dass Herzmuskelgewebe zum Schlagen gebracht werden und Sperma Roboter zu magnetischen Ziele steuern können.

Der entscheidende Unterschied, der diese Studie auszeichnet ist, dass diese Methode mit dem 3D-gedruckten Skelett auf die unterschiedlichsten Gelenkgrößen angewandt werden kann. 3D-Druck bietet zusätzlich die Möglichkeit, Zellen auf verschiedenen Oberflächen wachsen zu lassen.

Die Wissenschaftler sind überzeugt davon, dass sich Motoneuronen in ähnliche 3D-gedruckte sklettartige Entwürfe einbinden lassen. Ebenso sei es möglich, das elektrische Feld, welches die Muskelzellen in Bewegung versetzt, durch Endothel-Zellen zu ersetzen, um Nahrung und Sauerstoff in das geschlossene System zu transportierenn. Daraus ergäbe sich dann etwas, das einer lebenden biologischen Kreatur ziemlich ähnlich ist.

Mit diesen neuen Erkenntnissen hilft der Bio-Bot, ein besseres Verständnis dafür zu entwickeln, wie Organismen konstruiert sind. Ebenso könnten die Ergebnisse eine Grundlage für Medikamententests liefern und zeigen, wie der Körper auf medizinische Implantate reagiert.