Benjamin Boettner, Harvard Universiteti tərəfindən

Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Komanda funksional sinir sisteminə malik öz-özünə təşkil olunan bioloji robotlar yaratmaq istiqamətində mühüm bir addım atdı. Bu şəkildən göründüyü kimi, neyrobotlar çoxkiçikli hüceyrələrdən, selik ifraz edən qədəh hüceyrələrdən, ionositlərdən və kiçik ifrazat hüceyrələrindən ibarət xarici səthdən və altındakı səth hüceyrələrinə uzanan sinir sistemindən ibarətdir. Mənbə: Harvard Universitetinin Wyss İnstitutu

Ksenobotlarla başlayan artan variantları olan biobotlar, yalnız qurbağa embrion hüceyrələrindən istifadə edərək qurulmuş, özünə işləyən kiçik canlı robotlardır. Əvvəlcə Wyss İnstitutunun dosenti və Tufts Universitetinin professoru, fəlsəfə doktoru Maykl Levin və onun Vermont Universitetindəki əməkdaşlarının laboratoriyalarında hazırlanmış biobotlar olduqca hərəkətlidir və sulu mühitlərdə avtonom şəkildə hərəkət edirlər.

O vaxtdan bəri, komanda biobotların bir çox maraqlı xüsusiyyətlərinə, o cümlədən kinematik özünü təkrarlama qabiliyyətinə və səs stimullarına cavab vermə qabiliyyətinə işıq salıb .

Biobotlar da eyni şəkildə in vitro sinir yaralarını sağaltmaq qabiliyyətinə malik antropobotlar şəklində insan hüceyrələrindən istifadə etməklə qurula bilər . Beləliklə, xəstələrin öz hüceyrələrindən hazırlanmış biobotların bir gün onurğa beyni və ya torlu qişa sinir zədələnməsini bərpa etmək, arteriyalardan lövhələri təmizləmək, yerli olaraq pro-regenerativ dərmanlar çatdırmaq və insan bədənində digər həyati əhəmiyyətli vəzifələri yerinə yetirmək üçün istifadə edilə biləcəyi barədə bir təsəvvür yarandı.

Daha fundamental olaraq, Levin deyir: “Vəhşi tipli modifikasiya olunmamış genomlarına baxmayaraq, həm yeni morfologiya, həm də davranış nümayiş etdirən bu cür yeni varlıqlar təkamül biologiyası, biomühəndislik və regenerativ tibb üçün əhəmiyyətli olan çoxhüceyrəli plastikliyin vacib aspektlərini ortaya çıxara bilər. Onlar bizə “Bu xüsusiyyətlər üçün seçim tarixi olmayan canlı formalarda anatomik və fizioloji xüsusiyyətlərin mənşəyi nədir?” və “Müəyyən bir genomun asanlaşdıra biləcəyi mümkün formaların, funksiyaların və həyat tərzinin diapazonunu nə müəyyən edir?” kimi sualları araşdırmağa imkan verir.”

Əla səyahətlərinə baxmayaraq, biobotların indiyə qədər çatışmayan vacib xüsusiyyətlərindən biri də onlara potensial olaraq yeni davranış fenotipləri və əlavə imkanlar verə biləcək “sinir sistemi” idi.

İndi Levinin komandası, mahiyyət etibarilə mikrocərrahi texnikanın köməyi ilə neyron sələf hüceyrələri ilə inteqrasiya olunan və narahat olmadan böyüməsinə imkan verən biobotlar olan ilk “neyrobotlar” yaratmaqla bu istiqamətdə mühüm bir addım atıb. Bu iş haqqında bir məqalə Advanced Science jurnalında dərc olunub .

Tədqiqat göstərir ki, yeni tip sinir sistemləri neyrobotlar daxilində öz-özünə təşkil olunur və neyron prosesləri neyronlar arasında, eləcə də botların səthini örtən neyron olmayan hüceyrələrə doğru uzanır. Hədəf hüceyrələrə biobotların hərəkətli olmasına imkan verən çoxkirpili hüceyrələr (MCC), digər funksiyalar arasında kirpikli döyüntünü asanlaşdıran selik ifraz edən qədəh hüceyrələr, ion balansını tənzimləyən ionositlər və MCC-stimullaşdırıcı molekullar istehsal edən kiçik sekretor hüceyrələr (SSC) daxildir.

“Əhəmiyyətli olan odur ki, sinir sisteminin inteqrasiyası neyrobotun formasını (morfologiyasını) və funksiyasını dəyişdirir. Biobotlara nisbətən neyrobotlar daha uzunsov olur, fərqli MCC ifadə nümunələri nümayiş etdirir, artan aktivlik və daha mürəkkəb spontan davranışlar nümayiş etdirir və qlobal gen ifadəsində əhəmiyyətli dəyişikliklərə məruz qalır”, – deyə Levin ilə birlikdə neyrobotların hazırlanmasına rəhbərlik edən və Wyss İnstitutunda baş elmi işçi olan ilk müəllif, fəlsəfə doktoru Haleh Fotowat bildirib.

“Bütün bunlar əvvəldə Haleh ilə verdiyimiz çox fundamental suallarla bağlıdır, yəni milyonlarla illik təbii seleksiyanın məhsulu olmayan tamamilə yeni bir kontekstdə sinir sistemi inkişaf edə bilərmi? Əgər belədirsə, bu sintetik bioloji mühitlə necə əlaqəlidir və onun daxilində necə fəaliyyət göstərir, hətta onun reaksiyalarını və davranışlarını necə dəyişdirir və artırır?” deyə Levin izah etdi.

“Bu suallara cavab tapmaq nevrologiya, eləcə də orqan və toxumaların biomühəndisliyi və proqramlaşdırıla bilən funksiyaları olan tamamilə yeni bioloji varlıqlar üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir.”

Tafts Universitetində Levin Fərqli Professor, Biologiya Departamentində Vannevar Buşun sədri və Allen Kəşf Mərkəzinin direktorudur.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Neyrobotun hazırlanması

Neyrobotlar qurmaq üçün komanda, biobotlara neyron prekursor hüceyrələrinin əmələ gəlməsinin ilk dəqiqələrində implantasiyası üçün eksperimental prosedur hazırladı. Biobotlar, onilliklər ərzində inkişaf və hüceyrə biologiyası tədqiqatları üçün istifadə edilən və bir çox fundamental kəşflərə imkan verən qurbağa növü Xenopus laevis-in embrionlarından çıxarılan fərqlənməmiş dəri toxumasından yaradılır.

30 dəqiqəlik sağalma dövründə çıxarılan toxuma qaba bənzər bir quruluşdan sferik formaya çevrilir. Tədqiqatçılar bu keçiddən ayrıca donor embrionlarından əldə etdikləri fərqlənməmiş neyron prekursor hüceyrələrini sağalma biobotlarının içinə daxil etmək üçün fürsət pəncərəsi kimi istifadə etdilər. İmplant prosedurundan sonra biobot tipik sferik strukturlar əmələ gəldi və bir gündən sonra tamamilə sağaldı. Başqa bir gündən sonra onların səthində MCC-lər peyda oldu və yeni yaradılmış neyrobotlar rəqs etməyə və hərəkət etməyə başladılar.

Fotowat bildirib ki, “İmplantasiya edilmiş neyron sələf hüceyrələri müəyyən edilmiş hüceyrə cisimləri və aksonal və dendritik proyeksiyaları olan yetkin neyronlara differensiasiya olunub. Onlar bir-biri ilə əlaqə qurub və prosesləri neyrobotun səthindəki hüceyrələrə qədər genişləndiriblər. Bütün bunlar bizim yaratdığımız tamamilə yeni bir bioloji kontekstdə kortəbii şəkildə baş verib, bu kontekst qurbağalarda sinir sisteminin normal inkişaf tərzindən fərqli idi.”

Neyronlarla təchiz olunub

Neyrobotlarda neyron inkişafının müşahidəsi dərhal bir sıra suallar doğurdu. Biobotların ilk fərqləndirici xüsusiyyəti sərbəst hərəkət etmək qabiliyyəti olduğundan, əlavə sinir sisteminin MCC-lərin daha yüksək kirpikli döyüntü tezliklərini birbaşa və ya dolayı yolla stimullaşdırmaqla onların hərəkətliliyinə təsir edib-etmədiyini bilmək istəyirdilər. Həqiqətən də, neyrobotlar daha uzunsov formaya malik idilər və neyron olmayan həmkarlarına nisbətən daha aktiv hərəkət etməyə meylli idilər və maraqlıdır ki, təkrarlanan hərəkət motivləri nümayiş etdirərkən bir-birindən xeyli fərqlənən daha mürəkkəb hərəkət nümunələri nümayiş etdirirdilər.

Neyrobotlarda sinir fəaliyyətinin spontan hərəkət modellərinə təsir edib-etmədiyini araşdırmaq üçün tədqiqatçılar neyrobotları və biobot nəzarət qruplarını heyvanlarda qıcolmalara səbəb olan bir dərmanla müalicə etdilər. Pentilentetrazol (PTZ) adlanan dərman, aktivləşdirildikdə neyronların fəaliyyətini zəiflədən GABA _{A (qamma-aminobutirik turşu tipli A) reseptoru kimi tanınan bir növ reseptoru inhibə edir. Beləliklə, GABA A-nın} inhibə edilməsi neyron fəaliyyətini həddindən artıq aktivliyə çevirir.

Fotowat bildirib ki, “Təəccüblü haldır ki, PTZ müalicəsi neyron olmayan biobotları daha az hərəkətli edirdi və bu da dərmanın biobotlardakı neyron olmayan xarici bədən hüceyrələrinə təsir göstərə biləcəyini göstərir ki, onlar əslində neyrobotların bədənini təşkil edən hüceyrələrlə eynidir. Digər tərəfdən, neyrobotlar hərəkət mürəkkəbliyini ya artıra, ya da azalda bilər. Bu tapıntı göstərir ki, ən azı bəzi neyrobotlarda inhibisyonun aradan qaldırılması aktivliyin artmasına səbəb ola bilər ki, bu da biobotlarda müşahidə olunan azalmış aktivliyin üzərinə yazılmalı idi, çünki neyrobotlar biobotlar və neyronlardır”.

“Bunun necə baş verdiyini, neyronların kimliklərinin nə olduğunu və neyron aktivliyinin neyrobot səthindəki hədəf hüceyrə növlərinə necə təsir etdiyini araşdırmaq, gələcəkdə daha dərin bir araşdırmanın bir hissəsi olacaq.”

Bu və digər suallara giriş nöqtəsi olaraq, komanda neyrobotların, biobotların və differensiasiya olunmamış implantasiya edilmiş hüceyrələrdən (shams) hazırlanmış əlavə qeyri-neyronal nəzarət botlarının gen ifadə proqramlarını təhlil etdi. Bu müqayisələr göstərdi ki, bir çox genin ifadəsi biobot və shams ilə müqayisədə neyrobotlarda artmışdır. Gözlənildiyi kimi, bu artmış genlərin çoxu sinir sisteminin inkişafı üçün vacib olanlardan ibarət idi.

Lakin, daha təəccüblüsü odur ki, yüksəlmiş genlər arasında Xenopus qurbağalarının gözündə vizual sistemin inkişafı və vizual stimulların qavranılması və emalını təmin etmək üçün tələb olunan molekulyar mexanizmin əhəmiyyətli hissələrini kodlayan böyük bir qrup var idi.

Levin dedi: “Zülallar səviyyəsində bu müşahidələri təsdiqləməli və onları fərdi hüceyrələr arasında xəritələşdirməliyik, lakin bu, neyrobotlarda bir növ vizual sistemin inkişaf edə biləcəyi anlamına gələ bilər. Əgər belədirsə, onlar işığa nəzarət edən hərəkətlilik kimi vizual olaraq oyandırılan davranışlar nümayiş etdirə bilərlər ki, bu da onların davranışlarını faydalı tətbiqlər üçün istiqamətləndirmək və davranış bacarıqlarının təkamül mənşəyi haqqında məlumat əldə etmək üçün güclü bir yol ola bilər.” Neyrobotlarda işıq və digər sensorla oyandırılan davranışların mövcudluğunu qiymətləndirmək növbəti vacib addımdır.

“Biobotlar, indi isə neyrobotlar, elmi düşüncəyə və əvvəllər mövcud olan bütün paradiqmalara meydan oxuyan irəliləyişlər növüdür. Onlar biotibbi tədqiqatlarda fundamental biologiyaya dair anlayışlar əldə etmək və tibbdə hələ də ağlasığmaz problemlərə həllər tapmaq potensialı ilə yeni bir sərhəd təqdim edirlər”, – deyə Harvard Tibb Məktəbi və Boston Uşaq Xəstəxanasında Damar Biologiyası üzrə Judah Folkman professoru və Harvard Con A. Paulson Mühəndislik və Tətbiqi Elmlər Məktəbində Bioloji İlhamlanmış Mühəndislik üzrə Hansjörg Wyss professoru olan Wyss-in təsisçi direktoru, tibb elmləri doktoru, fəlsəfə doktoru Donald İnqber bildirib.

Nəşr detalları

Haleh Fotowat və digərləri, Özünütəşkil Edən Neyron Şəbəkələri ilə Mühəndisləşdirilmiş Yaşayış Sistemləri: Anatomiyadan Davranışa və Gen İfadəsinə, Qabaqcıl Elm (2026). DOI: 10.1002/advs.202508967

Jurnal məlumatları: Qabaqcıl Elm