سال‌هاست که علم در حال بررسی ایده قرار دادن ربات‌های کوچک درون بدن انسان است تا اهدافی از قبیل رساندن دارو به نقاط هدف‌گذاری شده و انجام عمل جراحی تا چاپ سه بعدی درون بافت‌های زنده، و ساخت دستگاه‌های پزشکی شناور در جریان خون را محقق کند. ما حتی شنیده‌ایم ایده کپسول‌هایی مطرح شده که به درون روده مرتعش می‌شوند تا مشکلاتی مانند یبوست مزمن را حل کنند. اما بدن انسان همیشه با اجسام خارجی به خوبی کنار نمی‌آید، به ویژه وقتی این اجسام ترکیبی از مدارهای الکترونیکی باشند!
برای رفع این عدم سازگاری، متخصصان دانشگاه هاروارد و دانشگاه تافتس ربات‌هایی زیستی را طراحی کرده‌اند که با استفاده از سلول‌های استخراج شده از مجرای هوایی انسان یا همان نای ساخته می‌شوند. این ربات‌های کوچک زیستی که آنتروبات نامیده می‌شوند، می‌توانند روی سطوح حرکت کنند و به رشد سلول‌های عصبی کمک کنند، اما تاکنون این پیشرفت‌ها فقط در ظروف آزمایشگاهی مشاهده شده است. اندازه این ربات‌ها به نازکی یک تار موی انسان یا نوک یک مداد تیز شده است.
هر آنتروبات بر اساس نقش منحصر به فرد سلول‌هایش و نوع همکاری آن‌ها، برای انجام وظایف مشخصی در بدن انسان ساخته شده است. این یک پیشرفت شگرف است و به خاطر پتانسیل چندمنظوره‌ای که دارد، دانشمندان امیدوارند که در آینده‌ای نزدیک، آنتروبات ها بتوانند در محل‌های مورد نظر از بدن مستقر شده و برای بازسازی، التیام و درمان بیماری‌ها استفاده شوند.
آنتروبات ها یک مشکل بحرانی را حل می‌کنند
ایده آنتروبات ها بسیار نوآورانه به نظر می‌رسد و این ربات‌های زیستی بسیار کوچک می‌توانند یکی از پیچیدگی‌های مهم علم پزشکی را حل کنند. تیم تحقیقاتی می‌گوید این ربات‌ها به هیچ سلول تخصصی یا دستکاری ژنتیکی نیاز ندارند و با بازبرنامه‌ریزی شیوه تعامل آن‌ها می‌توان شکل‌گیری توده‌های چندسلولی را تحریک کرد که این فرآیند تا حدودی مشابه جابجا کردن آجرها برای ساختن سازه‌های مختلف است.
علاوه بر این، آنتروبات ها توانستند به شیوه‌های مختلفی در سطحی از نورون‌های انسانی در یک ظرف آزمایشگاهی حرکت کنند. آن‌ها می‌توانند رشد تازه را تحریک کنند، که شبیه به ترمیم شکاف‌های ایجاد شده با خراشیدن لایه سلولی است. مایکل لوین، مدیر مرکز کشف آلن در دانشگاه تافتس، می‌گوید:
اکنون در حال بررسی مکانیسم التیام زخم و پرسیدن این سؤال هستیم که این سازه‌های زیستی چه کارهای دیگری می‌توانند انجام دهند؟
اما همان‌طور که قبلاً اشاره شد، ترکیب آنتروبات از مواد زیستی، مشکل بحرانی رد کردن این ربات‌ها توسط بدن را حل می‌کند. در علوم پزشکی، اغلب اتفاق می‌افتد که هر زمان یک شیء خارجی وارد سیستم بدن ما می‌شود، پاسخ ایمنی بدن انسان به منظور خنثی کردن تهدید فعال می‌شود. گاهی اوقات، پزشکان مجبورند برای حل این مشکل از داروهای سرکوب‌کننده سیستم ایمنی استفاده کنند که به نوبه خود عوارض و مخاطرات زیادی دارد.
اما آنتروبات ها به واسطه اینکه از سلول‌های انسانی بنیان نهاده شده‌اند، می‌توانند وظیفه خود را با کمترین مقاومت بدن انجام دهند. علاوه بر این، آن‌ها هیچ خطر آلودگی ایجاد نمی‌کنند زیرا نمی‌توانند خارج از بدن انسان زنده بمانند و تنها می‌توانند در شرایط آزمایشگاهی بسیار تخصصی رشد کنند. همچنین، هیچ خطر اضافی برای جهش یا تولید مثل به منظور ایجاد آسیب وجود ندارد.
آینده پیش روی آنتروبات ها
علاوه بر سازگاری بیشتر با سیستم بدن انسان، آنتروبات ها مزیت اساسی دیگری ارائه می‌دهند که همان انعطاف‌پذیری بنیادین و سهولت ایجاد است. با ادغام ویژگی‌های مختلف از سلول‌های متفاوت، آنتروبات ها می‌توانند برای انجام وظایف مختلفی درون بدن انسان یا کمک به ساخت بافت‌های مصنوعی در آزمایشگاه طراحی شوند. اجازه دهید از التیام زخم شروع کنیم. تیم تحقیقاتی تأکید می‌کند که به راحتی می‌توان هزاران عدد از آنتروبات ها را تولید کرد.
برای بررسی تأثیر آنتروبات ها در التیام زخم‌ها، تیم تحقیقاتی از یک مدل شامل یک لایه از نورون‌هایی که از سلول‌های بنیادی انسان استخراج شده بود، استفاده کرد. سپس، آن‌ها اقدام به “آسیب‌رسانی” به سطح با یک میله فلزی برای زخمی کردن آن کردند که نتیجه آن ایجاد یک شکاف سلولی بود. بعد از آن، آن‌ها یک خوشه از آنتروبات ها با رشد سیلیا (برای نگه داشتن آن‌ها در محل مورد نظر) گرفتند و متوجه شدند که این ربات‌ها “رشد مجدد قابل توجهی” را در سلول‌ها تحریک کردند. آنتروبات ها با موفقیت نشان دادند که می‌توانند به طور مؤثر بافت عصبی انسان زنده را ترمیم کنند و با ایجاد یک پل عصبی در محل آسیب دیده، التیام ایجاد کنند.
به جز ترمیم سلولی، این تیم اکنون ایده‌های جاه‌طلبانه‌تری را نیز بررسی می‌کند. برخی از این ایده‌ها شامل استفاده از آنتروبات ها برای پاک‌سازی رسوبات پلاکی در سرخرگ‌های بیماران مبتلا به آترواسکلروز است. علاوه بر این، محققان در تلاش‌اند تا دریابند آیا این ربات‌های زیستی می‌توانند نخاع را ترمیم کنند، آسیب‌های شبکیه را برای بازیابی بینایی ترمیم کنند، داروها را به بافت‌های هدف برسانند و حتی سلول‌های سرطانی را شناسایی کنند یا نه. روش کار به این صورت است که این ربات‌های زیستی را با استفاده از تزریق یا روش‌های مشابه به داخل بدن وارد می‌کنند و می‌گذارند تا کار از قبل برنامه‌ریزی شده خود را انجام دهند.
منشاء ایده آنتروبات
محققان طی تحقیقات و تست‌های خود در آزمایشگاه مشاهده کردند که آنتروبات ها با اشکال و اندازه‌های مختلفی می‌توانند تولید شوند که هر کدام الگوهای حرکتی متفاوتی را از خود نشان می‌دهند. برخی به کوچکی 30 میکرومتر بودند، در حالی که بزرگ‌ترها به اندازه 0.5 میلی متر می‌رسیدند. از نظر شکل، برخی شبیه توپ فوتبال با رشد پراکنده‌ای از زائده‌های مومانند به نام سیلیا برای کمک به حرکت بودند. برخی کروی با رشد یکنواخت سیلیا در سراسر سطح خود بودند، و برخی دیگر تنها در یک سمت رشد داشتند.
با این حال، تشابهی نیز در حرکت این ربات‌های زیستی کوچک مشاهده شد. برخی فقط می‌لرزیدند و برخی دیگر مسیری دایره‌ای را دنبال می‌کردند و یا در مسیری مستقیم حرکت می‌نمودند. از نظر طول عمر، به طور میانگین آنتروبات ها می‌توانند تا دو ماه در شرایط آزمایشگاهی زنده بمانند. همچنین، شایان ذکر است که در پایان طول عمر، آن‌ها به طور طبیعی تجزیه می‌شوند.
کاری که در خصوص آنتروبات ها انجام می‌شود تقریباً مشابه با کاری است که روی زنوبات‌ها و توسط متخصصان دانشگاه ورمونت، مرکز کشف آلن در دانشگاه تافتس و موسسه مهندسی زیستی الهام گرفته از طبیعت دانشگاه هاروارد انجام شده است. در سال 2021، تیم مذکور خبر از توسعه نخستین ربات‌های زنده خودتکثیرشونده با کمک سلول‌های قورباغه دادند. اصطلاح “زنوبات” از “زنوپوس لاویس” که نوعی قورباغه آفریقایی است مشتق شده است. در واقع، سلول‌های بنیادی مورد نیاز برای این پروژه از جنین این قورباغه فراهم شده بود. محققان خاطرنشان کردند که روش تولید مثل این ربات‌های زیستی خودتکثیرشونده که به صورت دستی مونتاژ شده‌اند، در طبیعت بی‌سابقه است.
