Das Wort „Roboter“ weckt Bilder von human-ähnliche, von Menschenhand geschaffene metallische Maschine (Humanoid), die so konzipiert und programmiert ist, dass sie automatisch einige Aufgaben für uns erledigt. Allerdings können Roboter (oder Bots) je nach Design und funktionalen Anforderungen jede beliebige Form und Größe haben und aus jedem Material (einschließlich biologischer Materialien wie lebenden Zellen) bestehen. Es darf keine physische Form haben, wie im Fall von Siri or Alexa. Bei den Robotern handelt es sich um rational gestaltete Artefakte oder Maschinen, die Autonomie zeigen und bestimmte Aufgaben ausführen.
Biological robots (or biobots) use living Zellen or tissues as fabrication material. Like all robots, biobots also are programmable machines, display autonomy and perform specific tasks. These are a special class of active living and motile synthetic structures.
Die lebenden Gewebe an sich, are not robots. They are parts of animals. The living Zellen become robots when they are liberated from the normal constraints and programmed into desired form and function by artificially combining and shaping the cells to display specific behaviour.
Xenobots waren die ersten vollständig biologischen Biobots, die im Jahr 2020 im Labor aus den Eizellen der Embryonen einer sogenannten Froschart erschaffen wurden Xenopus laevis (daher der Name Xenobots). Es war der erste lebende, sich selbst reparierende und sich selbst reproduzierende künstliche Organismus. Die lebenden Zellen wurden als Bausteine verwendet, die von den normalen Zwängen des restlichen Embryos befreit wurden, um eine neue Form künstlichen Lebens entstehen zu lassen, deren Morphologie und Merkmale künstlich „gestaltet“ wurden. Xenobot war somit ein lebender synthetischer Organismus. Die Entwicklung von Xenobots hat gezeigt, dass Zellen, die aus einem Amphibienembryo stammen, durch die Aufhebung natürlicher Zwänge auf die gewünschte Form und Funktion programmiert werden können. Es war jedoch nicht bekannt, ob Biobots aus nicht-amphibischen oder adulten Zellen erzeugt werden könnten.
Wissenschaftler haben nun über den erfolgreichen Bau von Biobots unter Verwendung adulter Zellen aus nichtembryonalen Zellen berichtet human Gewebe mit Fähigkeiten, die über Xenobots hinausgehen. Dieser Biobot wurde benannt 'Anthrobots' wegen seiner human Ursprung.
Da Xenobots aus embryonalen Amphibienzellen durch individuelles Formen von Zellen gewonnen wurden, begann das Forschungsteam mit der Prüfung, ob die Fähigkeit, Biobots hervorzubringen, auf diese Amphibienzellen beschränkt ist oder ob auch andere nicht-amphibische, nicht embryonale erwachsene Zellen Biobots erzeugen können? Müssen die Samenzellen außerdem unbedingt individuell geformt werden, um Biobots zu erzeugen, oder kann die Überredung der anfänglichen Samenzellen auch zur Selbstkonstruktion von Biobots führen? Dafür verwendeten die Forscher anstelle von embryonalem Gewebe erwachsene, somatische Zellen, die von ihnen abgeleitet waren human Lungenepithel und waren in der Lage, neuartige, vielzellige, sich selbst konstruierende, bewegliche lebende Strukturen ohne manuelles Formen oder den Einsatz externer Formgebungsmaschinen zu erzeugen. Die verwendete Methode ist skalierbar. Parallel dazu wurden Schwärme von Biobots erzeugt, die sich durch Zilienantrieb fortbewegten und 45–60 Tage lebten. Interessanterweise wurde auch beobachtet, dass Anthrobots sich über Brüche in neuronalen Monoschichten bewegten und in vitro eine effiziente Heilung von Defekten induzierten.
Die Synthese der Anthrobots ist von Bedeutung, weil es zeigt, dass die Plastizität von Zellen zur Entstehung von Biobots nicht auf embryonale oder amphibische Zellen beschränkt ist. Es hat sich gezeigt, dass es bei Erwachsenen somatisch ist human Wildzellen ohne jegliche genetische Veränderung können ohne externe formgebende Maschinerie neuartige Biobots bilden.
Anthrobots sind eine Verbesserung gegenüber den Xenobots und ein Fortschritt in der relevanten Technologie, der erhebliche Auswirkungen auf die Produktion komplexer Gewebe für klinische Zwecke hat Regenerative Medizin. In Zukunft könnte es möglich sein, Anthrobots individuell für jeden Patienten herzustellen und im Körper einzusetzen, ohne eine Immunantwort auszulösen.
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References:
- Blackiston D. et al 2023. Biologische Roboter: Perspektiven auf ein aufstrebendes interdisziplinäres Feld. Weiche Robotik. August 2023. 674-686. DOI: https://doi.org/10.1089/soro.2022.0142
- Gumuskaya, G. et al. 2023. Bewegliche lebende Biobots, die sich von Erwachsenen selbst konstruieren Human Somatische Vorläufer-Samenzellen. Advanced Science 2303575. veröffentlicht: 30. November 2023 DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202303575
- Tufts University 2023. Nachrichten – Wissenschaftler bauen winzige biologische Roboter aus Human Zellen. https://now.tufts.edu/2023/11/30/scientists-build-tiny-biological-robots-human-cells
- Ebrahimkhani Mo.R. und Levin M., 2021. Synthetische lebende Maschinen: Ein neues Fenster zum Leben. iScience-Perspektive. Band 24, Ausgabe 5, 102505, 21. Mai 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.102505
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