Ходячие биологические машины приводятся в движение мышечными клетками

Они мягкие, биосовместимые, около 7 мм в длину (то есть вполне макроразмерные) и способны самостоятельно перемещаться. Эти миниатюрные биоботы, разработанные в Университете Иллинойса (США), знаменуют собой огромный шаг вперёд в синтетической биологии.

Создание неэлектронных биологических машин — наиболее интригующая проблема, над решением которой бьются учёные, работающие на пересечении биологии и инжиниринга. Нынешние двигающиеся биоботы — это не просто имитация того, что уже создано природой, но и уникальные функциональные машины, для производства которых использовались лишь гидрогель, клетки сердечной мышцы и 3D-принтер. По словам разработчиков, «конструкция» биоботов может меняться с учётом требований, предъявляемых спецификой их будущего использования.

Подробности создания биоботов и их характеристики приведены в статье, опубликованной в открытом журнале Scientific Reports (с большим количеством иллюстраций и экспериментальных данных).

Вот так они пока и выглядят — андроиды из Иллинойса. (Иллюстрация Elise Corbin / University of Illinois.)

Ключом к локомоции (совокупности согласованных движений, посредством которых, например, человек перемещается в пространстве) биоботов стала асимметрия. У каждого бота, внешне напоминающего микроскопический трамплин, есть одна длинная, тонкая нога, покоящаяся на прочной и плотной поддерживающей короткой ноге. Тонкая и длинная покрыта клетками сердечной мышцы лабораторной мыши. Когда эти клетки сокращаются, нога, пульсируя, толкает биобота вперёд. Максимальная скорость не так уж и мала — 236 мкм/с.

Инструментом создания ботов был 3D-принтер, использующий желатинообразный гидрогель для печати основного «тела» (корпуса). Такой подход позволяет быстро производить и испытывать различные формы биомашин и проводить тонкую подстройку первоначального дизайна для достижения максимальной скорости.

Сами учёные мечтают о создании ботов, живые клетки которых могли бы отвечать на определённые внешние стимулы — например, на химический градиент. В этом случае ботов можно было бы использовать в качестве «собак», живых сенсоров, вынюхивающих и ускоряющихся в сторону источника токсинов.

В планах биоинженеров развитие контрольных и функциональных свойств подопечных. Одна из очевидных возможностей — интеграция нейронов для направления движения, а также инкорпорирование светочувствительных клеток. Кроме того, учёные работают над созданием роботов со сложным физическим дизайном, что позволит им совершать разнообразные перемещения в трёхмерном пространстве.