Робот-микрохирург раскрывает тайны роста эмбрионов
Учёные из EPFL объединили биологию и робототехнику, создав роботизированную платформу для микрохирургии. Она способна выполнять высокоточные диссекции с разрешением в микрометры, что продвигает понимание того, как формируется тело позвоночных в процессе эмбрионального развития.
Сочетание робототехники и биологии
Чтобы преодолеть ограничения традиционных методов микрохирургии (тремор рук, низкая пропускная способность, долгое обучение), профессор биологии Энди Оутс объединился с профессором робототехники Селманом Сакаром. Их совместный проект поддержала программа iPhD, в рамках которой кандидат наук Эдже Озельчи освоила обе дисциплины.
Новая роботизированная платформа
В статье, опубликованной в Nature Communications, описана новая платформа для «роботизированной манипуляции тканями». Её характеристики:
- Компактность: 200 x 100 x 70 мм3
- Высокое разрешение: 4 нм по позиции и 25 μ° по вращению
- Несколько степеней свободы
- Способность к автоматическому позиционированию с высокой воспроизводимой стабильностью.
Изучение эмбриона рыбки данио
Платформу протестировали на эмбрионах рыбки данио, чтобы изучить удлинение оси тела. Робот позволил с высокой точностью удалить удлиняющийся хвост эмбриона и выращивать его отдельно (метод эксплантации).
Исследование выявило неожиданное поведение хорды — раннего «позвоночника» личинки. «Хорда толкается внутри хвоста с такой силой, что может изгибаться сама по себе», — говорит Оутс. Когда процесс удлинения эмбриона искусственно останавливали, хорда продолжала удлиняться, создавая сжимающие напряжения, которые приводили к её изгибу (buckling).
Взаимное влияние биологии и инженерии
- Для биологии: Понимание того, как силы влияют на морфогенез тканей, может помочь в регенеративной медицине и тканевой инженерии in vitro.
- Для инженерии: Исследование мотивировано созданием биологических машин (например, мини-сердец как органических насосов). Роботизированная микрохирургия предоставляет как принципы конструирования, так и средства для производства машин из живой материи.
Сакар уверен, что такие роботизированные инструменты станут неотъемлемой частью любой лаборатории в науках о жизни. Они повысят пропускную способность, точность и воспроизводимость экспериментов, демократизируют сложные процедуры и откроют новые возможности в сочетании с интеллектуальной микроскопией.