hirdetés
hirdetés

Gépek a testben?

Intelligens biorobotok

A kiborgokra úgy szoktunk gondolni, mint gépi tartozékokkal feljavított élőlényekre, kevésbé jut eszünkbe a fordítottja: robot, élő alkatrészekkel felszerelve. Ezek az apró gépek egyelőre laboratóriumokban várakoznak arra, bekerülve az emberi testbe, hatalmas tetteket hajtsanak végre.

hirdetés

Dr. Frankenstein mai alkotásaiban élettelen nyersanyagba ültetnek be egy bizonyos állatfajból nyert élő sejteket, hogy aztán az így előállt lény egy teljesen más állatfaj küllemét öltse magára. Némelyikük céllal jött a világra, némelyikük véletlenül. Nem tervezte teremtményét például Kevin Kit Parker (Harvard Egyetem) sem.

Illusztráció: 123.rf
Illusztráció: 123.rf

Katonából biomérnök

Parker atipikus figura a tudományos világban: az Egyesült Államok Hadseregének alezredese, 1992-től szolgált ejtőernyősként. A szeptember 11-i merényletet követően többször is harcolt Afganisztánban. Majd 2011-ben a Gray Team tagjaként ismét visszatért oda. E csoport célja a háború okozta „láthatatlan sebek” kezelése volt; ilyen a traumás agysérülés vagy a poszttraumás stressz.

A Harvardon kutatásának középpontjában kezdettől a szívizomsejtek álltak. Majd 2005-től átmenetileg, amikor egy bajtársa az iraki háborúban megsérült egy robbanásban, és valójában nem pszichológiai, hanem nem diagnosztizált fiziológiai problémái lettek, a traumás agysérülés foglalkoztatta.

A kutató harvardi laboratóriumának jellegzetes tárgya egy vattacukor készítő gép, amelynek funkciója nála jócskán eltér a szokásostól: tintahal bőrsejtjeiből állít elő sebekre való kötszert. Parker a tudósok és mérnökök legjobbjai mellett újabban művészekkel is bővítette laborját, hogy egy percig se kelljen nélkülöznie a „kreatív őrültségeket”.

Eközben Parker előtt nem kisebb cél lebeg, mint mesterséges szervek létrehozása, ami óriási áttörést jelent az orvostudományban. Az első ilyen szerv a szív. A kutató úgy vélekedik: a szakirodalom tévesen értelmezi a szív pumpáló működését. „Az orvosi szakkönyvekből elvileg arra következtethetnénk, hogy a szív ugyanúgy ver minden egyes dobbanásnál – mondja Parker. – Ha azonban szívsebészekkel beszélünk, ők ezt határozottan elutasítják; azt mondják: a szív mindig másként ver.”

Kevin Kit Parker (forrás: youtube)
Kevin Kit Parker (forrás: youtube)

Hogyan jut el egy zseniális elme a szívműködéstől a medúzákig? Analógiákat keresve az élővilágban, rájön, hogy ezek a tengeri állatok a szívhez hasonló mozgást végeznek. A mesterséges szív létrehozása ekkor, 2012-ben még távolinak tűnik. De miért ne lehetne megépíteni annak egyfajta elődjét, mondjuk egy szívsejteket tartalmazó biorobot formájában? A szívsejtek patkányból származnak, a robot végső formájában pedig medúzára hasonlít.

Parker lánya rajong a rájákért, ennek köszönhetően a kutató a helyi akváriumban szemlélheti hosszasan e lények komplex mozgását. Ismét adódik a szívvel való analógia: a ráják „szárnyai” igen hasonló ütemben mozognak, mint a dobogó szív. Az inspirációból új biohibrid ötlete körvonalazódik.

Robot, rája vagy rágcsáló?

Ez az átlátszó biorobot – rája, a tizedére kicsinyítve – apró technológiai gyöngyszem. Vízbe helyezve óránként 9 méteres sebességgel halad, kék fény segítségével vezérelhető és irányváltásra is rábírható.

Forás: Popsci
Forás: Popsci

Csontváznak aranyat választanak a kutatók, amely kémiai passzivitása miatt a lehető legkevésbé zavarja a biorobot működését. A vázra jön a rája-alakú test szilikonból. Majd, hogy ezt a rugalmas struktúrát izomszövet vegye körül, precíz mintázatot követve vékony réteget helyeznek fel a fibronektin nevű proteinből, amely vonzza a sejteket. Erre körülbelül 200 ezer patkányszív-sejt kerül, amely követve a mintázatot, rájauszony-alakot ölt. A szívsejtek genomjába Parkerék fényérzékeny fehérjéket kódoló géneket juttatnak be, amelyek aktiválódva, az izmokat összehúzódásra késztetik.

„Ha a rája elé egy fényforrást helyezünk, elektromos jelet aktiválunk a szövetben, amely hullámként terjed az izomzaton keresztül” – ismerteti a kutató. Hullámszerűen mozgó uszonyaival a rája úgy néz ki, mintha a fényt kergetné. Még egyszerűbb vízi akadálypályákon is végignavigálható.

A Harvard laborjában a robotráját hamar követi az első, teljes mértékben 3D-s nyomtatással készült, chipre szerelt műszív, amely az emberi szív modellje. Parker azt ígéri, e megközelítés hamarosan megreformálja az in vitro (latinul szó szerint: „az üvegben”; az élő szervezeten kívül) szövettani, gyógyszerészeti és toxikológiai kutatásokat, és általa egyre több állatkísérlet lesz kiváltható.

Ez azért is lényeges, mert mind több, valaha pusztán automatikusan reagáló robotnak hitt élőlényről derül ki, hogy összetett érzésvilággal rendelkezik, s ennek megfelelő jogok illetik meg. De milyen jogaik lesznek maguknak a robotoknak, s pláne a biorobotoknak?

Élő gépek

Egyelőre azt is nehéz eldönteni, miknek tekintsük az új teremtményeket. Élőknek? Életteleneknek? Lényeknek vagy tárgyaknak? Vagy ezek a régi szembeállítások immár elavultak, ahogy Florence Caeymaex, a morál- és politikai filozófia kutatója (Liège-i Egyetem) állítja?

Kit Parker a problémát úgy fogalmazza meg, hogy a biorobotok, bár lényegében „élnek”, mégsem élő szervezetek, hiszen képtelenek önmaguk reprodukálására. A dilemmát ugyanakkor fokozza, hogy egyes kutatók hamarosan idegsejtek beültetését tervezik biorobotjaikba.

Mivel nem egy területen e biorobotok komoly lehetőségekkel kecsegtetnek, talán hamarabb jelennek meg közöttünk, mint hogy mindezeket a kérdéseket rendeznénk. Egyébként az elsők már itt is vannak. Patkányszív-sejt alapon, tengeri csiga izmain, egér vázizmain…

„Ideges” robotoké a jövő

A kicsiny teknősbéka biorobot valószínűtlen „bestiáriumunk” kétségkívül legerőteljesebb tagja. És rendkívül egészséges is. Miközben valamennyi rokonát meghatározott hőmérsékleten kell tartani ahhoz, hogy törékeny sejtjei tönkre ne menjenek, ő 16 fokos vízben ugyanúgy tud pancsolni, mint 25 fokosban. Alkotói szerint jó felépítése révén több különféle környezethez is alkalmazkodik.

Mindez szerves nyersanyagának, egy tengeri csigafajból (Aplysia californica, kaliforniai tengeri nyúl) vett teljes izomnak köszönhető. „Ezek a tengeri puhatestűek igen strapabíróak, mivel olyan környezetben fejlődnek, amelyben egyazon napon belül mind a hőmérséklet, mind a víz sóssága nagymértékben változik – mondja Victoria Webster (Case Western Reserve Egyetem, Cleveland, Ohio). – Választásunk egy speciális, az állat szájából eredő izomra esett, s eköré építettük ki a biorobotot.”

Mivel az izom a tengeri teknős testfelépítéséhez hasonlít, a tudósok ezt az állatot akarták utánozni. Ezért 3D-s nyomtatóval rugalmas polimerből készítettek méretre szabott, az izom formájához igazodó testet. Az eredmény egy kb. 3 cm hosszúságú biorobot, amely elektromos ingerlés hatására úgy képes kúszni, akár az apró tengeri teknősök a tengerparti homokban. A tudósok meg vannak győződve arról, hogy a robusztusság ezen a kutatási területen alapvető fontosságú: megsokszorozza az alkalmazási lehetőségek számát. A robotokat szerves vagy mesterséges bőrrel is beboríthatják, hogy semmilyen környezet ne árthasson nekik. Így egész rajokat alkothatnak, amelyek például káros anyagoktól tisztíthatják meg a környezetet. Apróbb módosításokkal e robotok további feladatokra is bevethetők lesznek, például arra, hogy az óceán mélyén mérgező vegyületek, vagy egy repülőgép fekete doboza után kutassanak.

Taher Saif és munkatársai (forrás: The Daily Star)
Taher Saif és munkatársai (forrás: The Daily Star)

A kutatók a későbbiekben a műanyag alkatrészeket is szeretnék lecserélni természetes anyagokra, például a csigák bőréből kivont kollagén rostokra. Ez olcsóbb és környezetkímélőbb megoldásnak ígérkezik. További tervük olyan csigarobot készítése, amelybe az izom mellett idegszövetet is beépítenének. E szövetek képesek reagálni a különféle behatásokra, például kémiai ingerekre, és akár irányíthatnák is a robotot.

A bangladesi származású Taher Saif (Illinois-i Egyetem) spermatozoidok ihlette biorobotját szeretné majdan intelligenssé tenni idegsejtek beépítésével. Az impozáns méretű fej és igen vékony, 7 mikrométer vastagságú (az átlagos hajszálnál kb. tízszer vékonyabb) ostor alkotta robot megfelelő közegben már most is önálló mozgásra képes. Az ostor mozgatását néhány, a fej és az ostor találkozásánál szigorú rendben elhelyezett patkányszív-sejt teszi lehetővé. És a robotnak sem elektromos ingerlésre, sem fénnyel való irányításra nincs szüksége. Mihelyt bemerítik egy cukros közegbe, természetes úton bekebelezi az őt körülvevő glükózt, a sejtek önmaguktól összehúzódnak, és a robot elkezd előre haladni. A glükóz jelenléte kémiai inger: a szívsejtek maguktól szinkronizálódnak, és több napon át biztosítják a robot önálló mozgását.  

Forrás: illinois.edu
Forrás: illinois.edu

A kutató álma, hogy biobotjainak idegsejtekkel továbbfejlesztett új generációja forradalmasítsa az orvostudományt. E mikroszkopikus masinák Saif szerint veszély nélkül bevihetők lesznek az emberi testbe, hogy ott, a neuronjaik jelzései alapján, megtalálják a daganatos sejteket és elpusztítsák őket, vagy, hogy gyógyszert juttassanak el valamely szervbe. Ha ezek szükségtelenné tennék az egyéb kezeléseket, az a mesterséges szervekhez hasonlóan korszakalkotó vívmány lenne és radikális átalakulásához vezetne az orvoslás terén.

Jakabffy Éva
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés