Deze 3D-geprinte bio-bots worden aangestuurd door echte spiercellen

Hoe maak je een kunstmatig systeem dat zelf arbeid verricht, zonder aangesloten te zijn op een energiebron? Onderzoekers hebben een potentiële oplossing voor dit probleem gevonden, door een skelet te printen met een 3D-printer en daar muizenspieren op te laten groeien. De spier kan echt bewegen en wordt aangestuurd door elektrische impulsen, zoals ook in onze eigen lichamen gebeurt.

De biologisch aangestuurde robot – beter bekend als bio-bot – heeft een hydrogel skelet, bestaande uit een flexibele horizontale balk die twee verticale balken met elkaar verbindt. De cellen groeien om de palen heen, zoals te zien is in het nieuwe onderzoek dat gepubliceerd werd in PNAS.

De onderzoekers hebben skeletspieren gebruikt om de het stukje spier extra robuust te maken. Daarnaast hebben ze de flexibiliteit van het 3D-geprinte skeletbalk geoptimaliseerd door de porositeit aan te passen.

Om ervoor te zorgen dat de spieren samentrekken, wordt de bio-bot in een vloeistof geplaatst waar een bio-polair elektrisch veld op zit. De regelmaat waarmee de elektrische schokjes worden gegeven is vergelijkbaar met hoe dit gebeurt bij neuronen in het menselijk lichaam die spiercontractie aansturen.

Om het ding ook echt te laten bewegen, moest er een nieuw skelet geprint worden. De onderzoekers ontdekten dat de balken verschillende hoogtes moeten hebben, zodat er een momentum ontstaat. Toen vervolgens het skelet in een bipolair elektrisch veld werd geplaatst, maakte de bio-bot dezelfde soort bewegingen als een ringworm.

Dit is niet de eerste keer dat onderzoekers met biologische bouwstenen arbeid genereren. Eerder werd al aangetoond dat weefsel van hartspieren gemanipuleerd kan worden om een samentrekkende actuator te maken, en dat sperma handig is voor robots die richting magnetische objecten moeten bewegen.

Maar het handige aan deze methode is dat er gebruik gemaakt wordt van een 3D-printer. Hierdoor kan het model makkelijk opgeschaald worden naar andere formaten en is de bio-bot geschikt voor verschillende soorten cellen. Verder is 3D printen handig om in de toekomst meerdere oppervlakken in het model te integreren, waar cellen op kunnen groeien.

De onderzoekers denken dat het mogelijk is om neuronen in een soortgelijk ontwerp te integreren, als biologische vervanging voor het elektrische veld dat nu de spiercellen aanstuurt, en dat we zelfs een huidachtige laag op de spieren kunnen maken die nutriënten en zuurstof aanvoert in een gesloten kringloop. Dat zou best wel op een levend wezen gaan lijken.

De onderzoekers denken dat hun bio-bot ons meer zal leren over hoe organismes werken, en dat deze kennis er hopelijk voor zorgt, dat we nieuwe manieren vinden om klinisch relevante medicijnen testen, of om medische implantaten te ontwerpen die niet door het lichaam af gestoten worden.