微型生物機器人的進步比以往任何時候都要大，這要歸功于脊髓引導(dǎo)他們的腳步。

伊利諾伊大學(xué)厄本那-香檳分校的研究人員開發(fā)了這種微小的行走“ spinobots”，它由大鼠肌肉和脊髓組織在柔軟的3D打印的水凝膠骨架上提供動力。細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)教授馬莎·吉列特說，雖然前幾代生物機器人可以通過簡單的肌肉收縮而前進，但脊髓的整合使它們具有更自然的行走節(jié)奏。

吉列特說：“這是朝著可以在神經(jīng)計算和修復(fù)醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的交互式生物裝置發(fā)展的開始。”

研究人員在APL Bioengineering雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

為了制造旋轉(zhuǎn)機器人，研究人員首先印刷了微小的骨架：兩個腿部支柱和一個只有幾毫米寬的柔性“骨架”。然后，他們用肌肉細(xì)胞播種，然后長成肌肉組織。最后，他們整合了大鼠的一部分腰椎脊髓。

該論文的第一作者研究生科林·考夫曼說：“我們之所以特別選擇腰椎脊髓，是因為以前的研究表明它容納了控制行走過程中下肢左右交替的回路。”“從工程學(xué)的角度來看，神經(jīng)元是驅(qū)動更復(fù)雜，協(xié)調(diào)的肌肉運動所必需的。神經(jīng)支配的最具挑戰(zhàn)性的障礙是，從未有人培養(yǎng)過完整的嚙齒類動物脊髓。”

研究人員必須設(shè)計一種方法，不僅要提取完整的脊髓然后進行培養(yǎng)，還必須將其整合到生物機器人上并一起培養(yǎng)肌肉和神經(jīng)組織，并以神經(jīng)元形成的方式進行與肌肉交界處。

研究人員看到了旋轉(zhuǎn)機器人中的自發(fā)性肌肉收縮，這表明已經(jīng)形成了所需的神經(jīng)肌肉連接，并且兩種細(xì)胞類型正在交流。為了驗證脊髓的功能，以促進步行，研究人員添加了谷氨酸鹽，谷氨酸鹽是一種神經(jīng)遞質(zhì)，能促使神經(jīng)發(fā)出信號指示肌肉收縮。

谷氨酸導(dǎo)致肌肉收縮，腿部以自然的步行節(jié)奏運動。沖洗掉谷氨酸后，旋轉(zhuǎn)機器人停止行走。

接下來，研究人員計劃進一步改善旋轉(zhuǎn)機器人的運動，使其步態(tài)更加自然。研究人員希望這種小規(guī)模的脊髓融合是建立外周神經(jīng)系統(tǒng)體外模型的第一步，而這在活體患者或動物模型中很難研究。

考夫曼說：“體外周圍神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)展(脊髓，外生物和神經(jīng)支配的肌肉)可以使研究人員實時研究ALS等神經(jīng)退行性疾病，并且更容易獲得所有受影響的成分。”“從作為真正的生物組織制成的練習(xí)假人到實際幫助執(zhí)行手術(shù)本身的方法，還有多種方法可以用作外科手術(shù)訓(xùn)練工具。目前，這些應(yīng)用還處于相當(dāng)遙遠(yuǎn)的位置未來，但納入完整的脊髓回路是向前邁出的重要一步。”