Sabato, 25 novembre 2017 - ORE:06:51

Minibot biologico, il vettore che si sposta con miocellule cardiache


Minibot-biologico

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Il Minibot biologico– Arriva dall’Università dell’Illinois un modello di vettore biologico frutto di lavori congiunti fra ingegneri meccanici, biologi molecolari ed esperti di nanotecnologie: il “ bio-bot “ – questo il nome dato al dispositivo – è una struttura capace di spostarsi nello spazio proprio perché dotata di un motore che gli garantisce un’autonomia pressoché infinita alle condizioni ottimali.

Il segreto di questa mirabile caratteristica sta tutto nella sua più peculiare caratteristica: il motore è costituito da cellule di cuore di ratto. “ Progettare dispositivi non elettronici ha rappresentato per lungo tempo una sfida per gli scienziati al confine tra ingegneria e biologia. ”, commenta il professor Rashid Bashir ( Università dell’Illinois ), “ Prendendo esempio dalle strutture biologiche che la Natura ci offre saremo in grado di sfruttare la potenza delle cellule per affrontare le sfide energetiche e mediche che ci si presenteranno in un prossimo futuro. “

Minibot Biologico

Il modello: L’idea alla base del modello del bio-bot risiede nell’asimmetria: questo vettore, lungo appena 7 millimetri, presenta nel suo insieme una forma ad L maiuscola, con un sottile e lungo braccio – il vero e proprio motore – ricoperto interamente da miocellule cardiache, che fa appoggio su un braccio più breve e robusto, che serve a sostenere la struttura mentre questa si sposta in avanti grazie alle contrazioni autogenerate dal tessuto muscolare cardiaco del braccio lungo.

La propulsione: Lo stimolo per la contrazione muscolare è fornito dalle stesse miocellule cardiache: il tessuto muscolare striato del cuore è infatti un insieme di cellule, i miocardiociti o miociti, a contrazione spontanea ed autoindotta. Ciò significa che non c’è bisogno di nessuno stimolo elettrico esterno affinché le cellule che ricoprono il braccio lungo del bio-bot si contraggano ( l’innervazione cardiaca in vivo non influisce infatti sulla contrazione in sé, quanto sul ritmo della contrazione ), l’unico prerequisito è chiaramente un ambiente quanto più ottimale per la contrazione muscolare, che si traduce in sostanza in un ambiente in vitro che ricrea le condizioni fisiologiche in cui può trovarsi un qualsiasi organismo, mentre in vivo coincide con la cellula stessa.

Le applicazioni: I ricercatori dell’Università dell’Illinois non si sono fermati al modello teorico ed hanno provveduto a realizzare tramite una stampante in 3D il bio-bot, ricorrendo ad un polimero simile ad un gel, l’hydrogel, per costruire il corpo della L, rivestendo poi tutto il braccio lungo con miocardiociti di ratto. Il team di ricerca si è successivamente dedicato al potenziamento della massima velocità raggiungibile dal bio-bot testando varie forme diverse, modellate sul primitivo modello a L.
Sono state in seguito approntate interessanti modifiche al modello di base che lasciano intuire le potenzialità applicative dello stesso bio-bot: bracci addizionali gli permettono di spostarsi più agevolmente, anche su superfici scoscese o gradini; particolari modifiche lo rendono sensibile a gradienti chimici o elettrochimici, permettendone l’adozione nelle metodiche di screening farmacologici o chimici per l’ambiente e per l’uomo.

“Siamo in grado di ricreare architetture millimetriche con una precisione ed un controllo mai avuti in precedenza. Ciò che adesso stiamo cercando di fare è aggiungere altre funzionalità al dispositivo.”, spiega Bashir, che è anche direttore del Laboratorio di Micro e Nanotecnologie. La modifica più stimolante cui si stanno dedicando Bashir e il suo team di ricerca è senza dubbio quella che prevede l’aggiunta di neuroni integrativi o fotorecettori in grado di pilotare con vari stimoli, fra cui la stessa luce, gli spostamenti di un dispositivo tanto piccolo con un campo applicativo tanto vasto.

“Credo che stiamo solamente cominciando a scoprire la superficie della questione. E’ proprio questo che è così emozionante in questa tecnologia: essere capaci di sfruttare alcune delle inimitabili capacità della Natura ed utilizzarle per scopi socialmente utili e benefici. “, commenta Vincent Chan, che ha realizzato l’articolo pubblicato sul periodico Scientific Reports.



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