人们正在研究设计看起来和移动起来像真人一样的机器人骨骼,以使其生长出足够坚固的肌腱以进行实际移植。
如果通过进一步的研究可以完善概念验证,那么有一天,在人形机器人上生长的组织可以移植到真人身上,修复肌腱中的撕裂。
如今,外科医生可以尝试修复肌腱,通常是从体内的另一个肌腱移植移植物,但结果好坏参半。 二十多年来,科学家们一直在寻找替代策略,例如人工设计肌腱进行移植。
然而,从体外的个体细胞中培育出新的肌腱是一件棘手的事情。 目前它是在小型生物反应器室中完成的,模拟关节的条件。
容纳细胞材料结构的软透明室的特写。 (费舍尔工作室)
现有证据表明,拉伸和弯曲等动态运动是肌腱发育的关键,但即使是最先进的生物反应器也无法模拟肌腱预期的运动范围和强度。 结果是组织可能无法完成其所需的任务。
机器人可以通过本质上为我们“打破”肌腱来帮助解决这个问题。
到目前为止,这一概念仅通过简化的机器人肩关节得到证明。 但是当源自肩腱的人类细胞在柔性生物反应器室中生长时呢? 一个可以用机器人手臂弯曲和伸展的东西? 它们的增殖速度比在静态环境中培育的要快。
这些细胞还表达不同的基因。
机械应力 ? 比如拉伸、压缩和扭转? 当人类肌腱自然生长时就会发生这种情况,因此类似的运动也可以帮助工程版本的生长是有道理的。
肌腱将人体肌肉与骨骼连接起来,这意味着它们必须既坚固又灵活。
如果肌腱失去拉应力,它们会迅速恶化。 事实上,组织的成分开始瓦解。
人肩部的肌腱特别繁忙。 这个关节在整个人体中具有最大的运动范围,这意味着肌腱努力工作以保持球和窝就位。
这冈上肌肌腱是将肩胛骨连接到手臂肱骨的组织线。 它主要涉及帮助手臂从人的侧面向上摆动。
当研究人员在柔性生物反应器中培养冈上肌腱细胞,然后将该生物反应器连接到基于人体解剖学的机器人肩膀上时,他们能够机械地操纵细胞移动。
重复的拍打动作,即手臂外展和内收,似乎赋予了发育中的组织一定的灵活性和强度,减少了僵硬。
14天后,机器人运动的力量明显影响了人体细胞的生长。
概念验证表明,当柔性生物反应器连接到人形机器人上时,它是更现实的肌腱工程平台。
但仍有大量测试需要完成。 研究人员希望研究哪些生物反应器材料最适合使用,哪些细胞类型对推拉反应最好,以及哪些机器人运动对生长人体组织最有用。
“基于人形生物反应器的策略可能带来的长期好处包括为患者生产功能性组织移植物、为临床前工作创建改进的体外培养模型以及支持先进机器人系统开发的机会,”他们写。
该研究发表于通讯工程。