Vorstufe zum Cyborg

Forscher bringen Roboter mit Muskelzelle zum Gehen

Wissenschaftler der Universität Illinois haben einen entscheidenden Schritt zur Entwicklung eines Cyborgs gemacht: Mithilfe von Muskelzellen gelang es ihnen, eine Art biologischen Roboter, den sogenannten Bio-Bot, zum Gehen zu bringen und gezielt zu bewegen. Dies könne zu einer neuen Generation biologischer Maschinen führen, hoffen die Forscher.

Bereits 2012 war es den Wissenschaftlern gelungen, einen ihrer Bio-Bots mittels Zellen aus dem Herzen einer Ratte zum Leben zu erwecken. Die weniger als einen Zentimeter kleinen organischen Geräte konnten dadurch zwar eigenständig "gehen", da die Herzzellen aber regelmäßig kontrahierten, ließen sich die Bewegungen des Bio-Bots nicht kontrollieren.

Dieses Problem lösten die Wissenschaftler um Studienleiter Rashid Bashir nun durch die Verwendung von Skelettmuskelzellen, die sich über ein elektronisches Feld gezielt "ein- und ausschalten" lassen: Je größer die angelegte Spannung, umso schneller kontrahiert die Muskelzelle.

Flexibles Rückgrat aus dem 3D-Drucker
Da dadurch allein noch keine Fortbewegung möglich ist, konstruierten die Wissenschaftler, inspiriert vom menschlichen Zusammenspiel von Muskeln, Sehnen und Knochen, im 3D-Druck-Verfahren aus einem sogenannten Hydrogel eine Art Rückgrat, zwischen welches die Muskelzelle gespannt wird.

Dieses sei einerseits stark genug, dem Bio-Bot eine Struktur zu verleihen, andererseits jedoch flexibel genug, um sich wie ein Gelenk zu beugen, erläutern die Forscher auf der Universitäts-Website. Durch das kontrollierte Ent- und Anspannen der Muskelzelle bewegen sich schließlich die kleinen "Füßchen" des Hydrogel-Rückgrats und somit der gesamte Bio-Bot.

Biologische Maschinen
Diese Arbeit markiere einen wichtigen Schritt in der Entwicklung und Kontrolle biologischer Maschinen, die darauf trainiert, programmiert oder stimuliert werden können, bestimmte Aufgaben zu verrichten, schreiben die Wissenschaftler. Aus den Bio-Bots könnten letztlich biologische Maschinen entstehen, so die Hoffnung von Bashir und seinem Team, die unter anderem bei der gezielten Wirkstofffreisetzung im Körper behilflich sein könnten.

Nächster Schritt: Bio-Bots mit Nervenzellen
Um künftig noch größere Kontrolle über ihren Bio-Bot zu erlangen, wollen die Wissenschaftler diesen daher in einem nächsten Schritt Nervenzellen "einpflanzen". Mit ihrer Hilfe soll sich der Bio-Bot künftig nicht mehr über ein elektrisches Feld, sondern mittels chemischer Reize oder per Licht steuern lassen.

"Unser Ziel ist es, diese Geräte als eigenständige Sensoren zu verwenden, die spezifische Chemikalien aufspüren und sich dann in deren Richtung bewegen, um wiederum Stoffe freizusetzen, die beispielsweise Gifte neutralisieren", erläutert Bashir.