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【峰讯】机器人+生物学深度融合,“骨架”上培养人类肌肉

发布时间:2022-05-27发布人:中国机器人峰会

5月26日,牛津大学在Nature子刊上发表最新研究论文,称首次在机器人骨架上生成有弹性的人类肌腱细胞,这种人造人类肌腱组织可以被拉伸、按压和扭曲,为进一步医学研究铺平了道路,也再一次展示了机器人在科学界的贡献力量。

20年的难题

人工培养人体组织很大程度上处于起步阶段,走入商业化更是“遥遥无期”,目前仅限于实验室培养,且只能用于有限实验性治疗,已知的由人类细胞样本培育的皮肤细胞、软骨、甚至气管已经有成功植入病人体内的成功案例。

但是,肌腱细胞细胞的难度更大,也就是说在实验室里,几乎不能做出被反复拉伸和扭曲的人造人类韧带。在过去的二十年里,研究人员反复探索,却始终未能产生可用于临床移植的、有完全功能的研究成果。

最终,在可移动的人形机器人骨架上培养肌腱细胞初次实现这一目标,牛津大学和机器人公司Devanthro联合研究发现,想制造像肌腱或肌肉一样多方向移动和弯曲的人体组织,需要尽可能地重现自然的生长环境。因此,科学家们选择了机器人,他们仿造了人体的移动关节部位的肌肉-骨骼构造,制造一个能和关节同样运动的机器人骨架结构。

5月26日,牛津大学和机器人公司Devanthro的研究团队在Nature子刊上发表论文,阐述了此项目的成果。利用开源的人形机器人骨架,为细胞生成开发了一个定制的生物反应器,安装在机器人骨架上,让她根据需要扭转和弯曲。

软性反应器+升级机器人

该实验用到了两个重要工具,软性反应器和升级的机器人。

升级的机器人是一种人形机器人,类似于人的肩部结构,可以仿效人类肩关节移动进行弯曲、拉推、抻展人造的肌腱组织。

而生物反应器是一种有弹性的结构,人体细胞在一个软性塑料支架上生长,支架悬挂在两个刚性块锚点之间,软性塑料支架就是一串串可生物降解的细丝,在两个锚点之间伸展开,就像一束头发。整个结构被包裹在一个类似气球的外膜中,构成弹性生物反应器。

在这些反器里被“播种”人类成纤维细胞(结缔组织中的修长细胞)并注入促进细胞生长的营养液,再将弹性生物反应器腔室连接到机器人肩膀上,就开始培育人造细胞了。

这些机器人每天用半小时复制人类会做出的各种抬高、降低和旋转动作。如此持续14天就能长出能伴随这些动作的人造肌腱组织。只是目前为止,还不确定这些肌腱组织和人体自身的差异情况,下一步,研究团队将观察在新型弹性生物反应器中生长的细胞,与在传统刚性生物反应器中生长的,各种生物功能表现相比如何。

拯救6成治愈率的韧带撕裂患者

医疗专家指出,该项技术可以用来生成人体组织来修复撕裂的肩袖肌腱。

尽管这是一种非常常见的肩部损伤,过度运动或患有肌腱炎等疾病都有可能导致该病产生,一般情况下,外科医生都是用缝合线来将断裂的肌腱重新接回到骨骼上去。但是,因为肌腱可能会出现愈合不良的问题,所以传统的方式大概只有60%的成功率。

而新技术可能会明显提高手术成功率——机器人结构上现在能长出可直接移植的肌腱组织了。除此之外,研究人员表示,机器人可以根据每个病人不同的生理机能生成各种弹性的身体组织,满足不止肩部的需求。

当然,这项技术在距离完全投入临床使用之前,还有一段路要走。


中国机器人峰会转载

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