Wissenschaftler entwickeln Neuro-Roboter aus lebenden Zellen, die sich selbstständig bewegen können

Wissenschaftler des Wyss Instituts für biologisch inspirierte Ingenieurwissenschaften an der Harvard-Universität haben gemeinsam mit Kollegen einen bedeutenden Fortschritt bei der Schaffung neuer biologischer Konstruktionen erzielt, die als Neuro-Roboter bezeichnet werden. Diese winzigen lebenden Roboter, die aus Zellen von Froschembryonen hergestellt werden, besitzen die Fähigkeit, ihre Bewegungen und ihr Verhalten selbstständig zu steuern, was sie komplexer macht als frühere Modelle.

Neuro-Roboter unterscheiden sich von herkömmlichen Robotern, die aus Metall oder Silizium bestehen, sowie von früheren Biobotern, die aufgrund von Wimpern an ihrer Oberfläche nur eingeschränkte Bewegungsmöglichkeiten hatten. Durch die Einführung von Nervenzellen, die sich selbstständig zu Netzwerken organisieren, sind die Neuro-Roboter in der Lage, ihre Form zu verändern und verschiedene Bewegungen auszuführen, was einen bedeutenden Fortschritt im Bereich der biomedizinischen Forschung darstellt.

Die Forschung zu Neuro-Robotern ist eine Fortsetzung der Arbeiten an Xenobots – einfachen Strukturen aus Froschhaut-Zellen, die sich in Flüssigkeiten bewegen konnten, jedoch über kein internes Steuerungssystem verfügten. Die Wissenschaftler entschieden sich, diese Biobots zu verbessern, indem sie ihnen ein Nervensystem hinzufügten. Zu diesem Zweck führten sie Vorläuferzellen von Neuronen in einem frühen Entwicklungsstadium der Biobots ein, und im Laufe der Zeit verwandelten sich diese Zellen in Neuronen, die sich miteinander und mit den für die Bewegung zuständigen Zellen verbanden.

Nach dieser Entwicklung begannen die Neuro-Roboter, sich deutlich von ihren einfacheren Pendants zu unterscheiden. Sie wurden länglicher, aktiver und fähig zu komplexeren Bewegungen, was darauf hindeutet, dass das Nervensystem tatsächlich einen Einfluss auf ihr Verhalten hat. Die Hauptautorin der Studie, Galekh Fotovat, bemerkte, dass die Hinzufügung eines Nervensystems nicht nur die Form, sondern auch die Funktionen der Neuro-Roboter verändert, wodurch sie aktiver und fähiger zu komplexeren Verhaltensweisen werden.

Im Verlauf der Experimente untersuchten die Wissenschaftler auch, wie Neuronen die Bewegung der Neuro-Roboter beeinflussen. Dazu verwendeten sie ein Medikament, das die Signalübertragung zwischen Nervenzellen verändert. Die Reaktion der Neuro-Roboter erwies sich als erheblich anders als die Reaktionen herkömmlicher Biobots, was die wichtige Rolle des Nervensystems in ihrem Verhalten bestätigt.

Darüber hinaus beobachteten die Forscher unerwartete Veränderungen in der Genaktivität, insbesondere bei Genen, die mit der Entwicklung des visuellen Systems bei Fröschen verbunden sind. Dies könnte auf die mögliche Entwicklung neuer sensorischer Funktionen in der Zukunft hindeuten, obwohl dies derzeit nur eine Hypothese bleibt. Der Institutsleiter, Donald Ingber, betonte, dass solche Entwicklungen einen neuen Forschungsbereich in der biomedizinischen Forschung eröffnen und dazu beitragen könnten, grundlegende Prozesse in der Biologie besser zu verstehen sowie neue Ansätze in der Medizin zu finden.