Roboterschultern könnten der Schlüssel zu im Labor hergestellten Sehnentransplantaten sein

Die humanoide Roboterschulter. (Fisher Studios)

Roboterskelette, die so gestaltet sind, dass sie wie echte Menschen aussehen und sich bewegen, werden auf wachsende Sehnen untersucht, die stark genug sind, um tatsächlich transplantiert zu werden.

Wenn der Proof-of-Concept durch weitere Forschung perfektioniert werden kann, könnte eines Tages auf humanoiden Robotern gezüchtetes Gewebe auf eine reale Person transplantiert werden, wodurch Risse in deren Sehnen repariert werden.

Heutzutage können Chirurgen versuchen, Sehnen zu reparieren, indem sie oft ein Transplantat aus einer anderen Sehne im Körper transplantieren, aber die Ergebnisse sind gemischt. Seit mehr als zwei Jahrzehnten beschäftigen sich Wissenschaftler mit alternativen Strategien, etwa der künstlichen Herstellung von Sehnen für eine Transplantation.



Das Züchten neuer Sehnen aus den Zellen eines Individuums außerhalb des Körpers ist jedoch eine heikle Angelegenheit. Dies geschieht derzeit in kleinen Bioreaktorkammern, die die Bedingungen eines Gelenks simulieren.

Nahaufnahme der weichen, transparenten Kammer, in der sich ein Zellmaterialkonstrukt befindet. (Fisher Studios)

Vorhandene Beweise deuten darauf hin, dass dynamische Bewegungen wie Dehnen und Beugen für die Sehnenentwicklung von entscheidender Bedeutung sind, aber selbst die modernsten Bioreaktoren können den Umfang und die Größe der Bewegungen, die von einer Sehne erwartet werden, nicht nachahmen. Das Ergebnis ist Gewebe, das der ihm gestellten Aufgabe möglicherweise nicht gewachsen ist.

Roboter könnten helfen, dieses Problem zu lösen, indem sie im Wesentlichen die Sehnen für uns „einbrechen“.

Bisher wurde das Konzept nur anhand eines vereinfachten Roboter-Schultergelenks bewiesen. Aber wenn menschliche Zellen, die aus einer Schultersehne stammen, in einer flexiblen Bioreaktorkammer gezüchtet wurden – einer Kammer, die sich mit dem Arm eines Roboters biegen und ausdehnen ließ –, vermehrten sie sich schneller als solche, die in einer statischen Umgebung gezüchtet wurden.

Die Zellen exprimierten auch unterschiedliche Gene.

Mechanische Belastungen – wie Spannung, Druck und Torsion – treten auf, wenn menschliche Sehnen auf natürliche Weise wachsen. Daher liegt es nahe, dass ähnliche Bewegungen auch bei künstlichen Sehnen zum Wachstum beitragen könnten.

Sehnen verbinden die menschlichen Muskeln mit unseren Knochen und das bedeutet, dass sie sowohl stark als auch flexibel sein müssen.

Wird den Sehnen die Zugspannung entzogen, kommt es zu einem raschen Verfall. Tatsächlich beginnt sich die Zusammensetzung des Gewebes aufzulösen.

Besonders beansprucht werden die Sehnen der menschlichen Schulter. Dieses Gelenk verfügt über den größten Bewegungsumfang im gesamten menschlichen Körper, was bedeutet, dass die Sehnen hart daran arbeiten, das Kugelgelenk an Ort und Stelle zu halten.

Der Supraspinatus-Muskel und Sehne ist die Gewebelinie, die das Schulterblatt mit dem Oberarmknochen des Arms verbindet. Dabei geht es vor allem darum, den Arm einer Person von der Seite nach oben zu bewegen.

Als Forscher Zellen aus der Supraspinatussehne in einem flexiblen Bioreaktor züchteten und diesen Bioreaktor dann an einer Roboterschulter befestigten, die der menschlichen Anatomie nachempfunden war, konnten sie die Zellen mechanisch manipulieren, um sie zu bewegen.

Die wiederholten Schlagbewegungen, bekannt als Abduktion und Adduktion des Arms, schienen dem sich entwickelnden Gewebe etwas Flexibilität und Stärke zu verleihen und die Steifheit zu verringern.

Nach 14 Tagen hatte die Kraft der Roboterbewegungen deutlichen Einfluss auf das Wachstum der menschlichen Zellen.

Der Proof-of-Concept legt nahe, dass flexible Bioreaktoren, wenn sie an humanoide Roboter angeschlossen werden, realistischere Plattformen für die Entwicklung von Sehnen darstellen.

Aber es müssen noch viele Tests durchgeführt werden. Forscher wollen untersuchen, welche Bioreaktormaterialien am besten geeignet sind, welche Zelltypen am besten auf Stöße und Zug reagieren und welche Roboterbewegungen am nützlichsten sind, um menschliches Gewebe zu züchten.

„Mögliche langfristige Vorteile einer auf humanoiden Bioreaktoren basierenden Strategie umfassen die Herstellung funktioneller Gewebetransplantate für Patienten, die Schaffung eines verbesserten In-vitro-Kulturmodells für präklinische Arbeiten und die Möglichkeit, die Entwicklung fortschrittlicher Robotersysteme zu unterstützen“, sagten sie schreiben .

Die Studie wurde veröffentlicht in Nachrichtentechnik .

Über Uns

Die Veröffentlichung Unabhängiger, Nachgewiesener Fakten Von Berichten Über Gesundheit, Raum, Natur, Technologie Und Umwelt.