Ученые из Токийского университета создали полнофункциональные трехмерные скелетные мышцы, которые можно использовать в медицине и робототехнике.

Большинство экспериментов по выращиванию мышц ограничивались экспериментами с двумерными тканями, которые неспособны функционировать без плоской подложки. Японские ученые впервые изготовили отдельную трехмерную мышцу, причем способную сокращаться. Кроме того, японцы не только смогли вырастить мышцу, но и «засеять» ее нервными стволовыми клетками, которые позволяют управлять сокращением мышц с помощью химической активации нейронов. Искусственно выращенная мышца обладает большой силой и тем же механизмом сокращения, что и натуральная. Благодаря использованию живых нервов, подобную искусственную мышцу можно трансплантировать и «подключить» к нервной системе человека.

Нервные клетки, проросшие в искусственно выращенную мышцу

Более того, новая искусственная мышца, по мнению разработчиков, может найти применение в робототехнике. Современные промышленные роботы могут делать невероятные вещи, но их системы управления по-прежнему остаются очень сложными. Роботы опираются на электрические сервоприводы, а системы обратной связи требуют очень точных оптических датчиков. Роботы с искусственными живыми мышцами могли бы упростить дизайн роботов, увеличить точность их движения при достаточно большой силе.

Исследователи попытались построить устройство, основанное на реальных нервах и мышцах и способные работать в бионических системах. Для его изготовления ученые использовали полимер (PDMS) нанесенный на стекло. Полимер выполнял роль каркаса, необходимого для правильного развития мышцы. Затем на полимер нанесли мышечные стволовые клетки и мышиные стволовые клетки (mNSCs), способные превращаться в нейроны и проращивать аксоны в мышцу. В процессе развития мышц (миогенеза) молодые клетки сливаются в длинные многоядерные волокна, так называемые мышечные трубочки. В результате получается пучок длинных мышечных волокон, способных сокращаться в одном направлении. Связь между мышечными волокнами и нейронами обеспечивается с помощью ацетилхолиновых рецепторов. Новую технологию выращивания полнофункциональных мышц можно применять в медицине и на производстве. Конечно, живая ткань не столь прочна и надежна, как сталь, но в некоторых приложениях «живые манипуляторы» или гибридные конструкции живая ткань/синтетика могут оказаться очень полезны.