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大鼠脊髓控制着生物机器人的神经功能

大鼠脊髓控制着生物机器人的神经功能

生物机器人,或称生物机器人,从自然系统中获得灵感来模仿有机体的动作,如游泳或跳跃。对生物机器人的改进,以更好地复制复杂的运动行为,可以导致令人兴奋的生物机器人工程应用,以帮助解决现实世界的挑战。然而,这需要创造生物混合机器人——由有机和人工材料组成的生物机器人——这是一个挑战。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员将完整的大鼠脊髓与组织工程的三维肌肉系统结合起来。他们在APL生物工程杂志上描述了这种新型生物杂交系统。

经过七天的培养,研究人员发现脊髓中的运动神经元开始产生电活动,导致人造肌肉收缩,这反映了周围神经系统的行为。

“当我们更深入地研究神经-肌肉界面是如何发育的时候,我们非常兴奋地发现,我们的组织工程脊椎动物机器人和体内发育有很多相似之处,”作者科林·考夫曼说,他是伊利诺伊大学伊利诺伊大学神经科学专业的研究生。

考夫曼说,这一结果表明,移植的脊髓是一种控制肌肉行为的可行机制,即使将其从自然环境中移除也是如此。

他们进一步通过改变系统中神经递质的浓度来测试这一点。当有额外的神经递质存在时,宫缩会更有模式、更一致,当它们被阻断时,抽搐会减少。

因为研究周围神经系统是如此的困难,所以外部观察它的能力——正如目前的研究所证明的——可以在医学上带来巨大的进步。

一个可能的例子是肌萎缩性脊髓侧索硬化症(又称肌萎缩性脊髓侧索硬化症),神经元的死亡会导致运动功能的最终丧失。通过开发外周神经系统,研究人员可以轻松地实时研究肌萎缩性脊髓侧索硬化症受影响的部分。

考夫曼说:“研究这种疾病的下一步工作惊人地接近。”“通过用肌萎缩性脊髓侧索硬化症突变模型替换肌肉、脊髓或这两种组织的任何组合,研究人员将能够研究患病神经元如何与附近肌肉相互作用。”

此外,混合生物机器人可以作为外科训练工具,让医科学生在真实的生物组织上进行手术实践。

伊利诺伊大学香槟分校细胞与发育生物学教授玛莎·吉列(Martha Gillette)说:“这项技术的未来应用才刚刚开始,我们期待未来几年在这一领域有很多伟大的发现。”

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