Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и Пенсильванского университета (University of Pennsylvania) создали искусственную мускульную клетку на основе генетически модифицированной клетки обычной мускулатуры.
Для управления сокращением-удлинением «новых» мышц используется пучок света. Выбор ученых пал на скелетную (поперечно-полосатую) мышечную ткань: она состоит из мышечных волокон, составленных миосимпластами* и миосателлитоцитами** и покрытых общей базальной мембраной. Длина таких волокон не превышает нескольких сантиметров при толщине в 50–100 мкм. Именно она подходила больше всего, поскольку не только сильнее, чем ткани сердечной мышцы или гладкой мускулатуры (характерной для поверхности внутренних органов), но и, в отличие от сердечной мышцы, может управляться внешними импульсами.
*
Миосимпласт — это многоядерная структура, возникающая в результате слияния многих саркобластов в ходе развития скелетной мышечной ткани; из нее формируются мышечные трубочки, а затем и мышечные волокна.
**
Миосателлитоцит - одноядерная камбиальная клетка, прилежащая к поверхности поперечнополосатых мышечных волокон и находящаяся под сарколеммой.
Обычно в лабораториях импульсы от нервной ткани человека заменяют парой электродов, на которые подаётся напряжение. Но для робототехники это не очень приемлемо. Импульсы будут мешать работе остального электрооборудования робота. Разработчики предпочли оптогенетику (методика исследования работы нервных клеток, заключающаяся во внедрении в их мембрану специальных каналов — опсинов, реагирующих на возбуждение светом). В то время это нашло применение в Этот метод использовался в опытах по стимуляции сердечной мышцы человека (вместо электроимпульсов).
Нейронов в роботе нет. В культуре миобластов (клеток, из которых формируются мускульные волокна) были произведены генетические изменения, усиливающие выработку чувствительного к свету протеина. После сращивания миобластов в длинные волокна их освещали 20-миллисекундными импульсами синего света. При этом выяснилось, что импульсы не просто заставляют мышечные клетки сокращаться, но и делают это управляемо. Слабый импульс принуждает сокращаться только одно волокно, в то время как сильный — все сразу:
Затем волокна были интегрированы в гидрогель, формируя в паре с ним искусственную мышечную ткань. И она столь же хорошо управлялась лазерными импульсами, как и отдельные волокна.
Кроме того, выяснилось, что чем чаще измерялось усилие искусственной мышцы, тем сильнее она становилась: оперирование микромеханическим сенсором служило тренировкой, способствовавшей развитию волокон. В созданных гибких мышцах удалось добиться 120 степеней свободы при размерах менее 1 мм (рекордный результат для искусственных манипуляторов такого размера).
По мнению разработчиков, в будущем такие искусственные мышцы покажут себя, к примеру, в медицинских микророботах, способных путешествовать по кровеносным сосудам человека.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.