Mechanickým hračkám poskládaným ze součástek bio-světa se říká bio-boty. Až budou sofistikovanější a chovat se lidsky, přestanou být roboty a stanou se roboti - neboli bio-boti. Zatím jsou vědci na samém začátku těchto snah a jejich bio-roboty vzbuzují shovívavý úsměv. Jením z počinů v tomto směru jsou miniatury o které se postaral tým pracovníků z University of Illinois. Jejich bio-boty jsou měkké, biokompatibilní, asi 7 mm dlouhé sulcovité placičky. Jejich předností je, že umí kráčet. Pohyblivost jim umožňuje jejich asymetrie a jejich "chůze" připomíná mrskající se píďalku. V pravidelných intervalech se jejich  „tělíčkem“ prožene impuls kontrakce a rosolovitá hmota se skrčením a narovnáním o něco málo posune vpřed. Milimetrové kráčedlo je ze dvou částí - dlouhé a tenké  „nožky“ a nic nedělající tlusté, sloužící jen jako úd podpůrný. Pohonnou jednotkou jsou živé svalové buňky srdečního svalu potkana. Ty jsou naneseny jen na delší nožku a to jen na jedné její straně. Proto jejich kontrakce podklad k němuž jsou buňky fixovány (hydrogel), prohne. Po uvolnění stahu buněk se hydrogelový „most“ vrací do svého původního (rovného) tvaru.

Zvětšit obrázek

Zvětšenina "bio-bota" vyvinutého na univerzitě v Illinois. Hydrogel poháněný srdečními buňkami se vydává „do světa“. (Kredit: Elise A. Corbin)

Američany sestrojený bio-bot „jezdí“ na energii obsaženou v živném roztoku gelového podkladu. Jakmile je robot jednou sestaven, buňky se po krátké době propojí, vzájemně se pomocí bioproudů sesynchronizují a začnou jednat autonomně. Tak, jak je evoluce vycvičila a jak jsou naprogramovány. Hendikepem takového pohonu je, že vehikl je prakticky neovladatelný. Vědci ale již pracují na dovybavení své hračky o nějaké neurony. Ještě lepším nápadem se jeví vylepšení těchto přepravních prostředů o možnost reagovat na světlo. Má se jim k tomu hodit genu z mořských řas, které jsou na světlo citlivé. Jejich membránový protein odvozený od vitamínu A,  channelrhodopsin vyniká tím, že když se na něj posvítí, změní uspořádání své molekuly (konformaci) a vytvoří izomer. Proměna trans formy na cis dělá v membráně otvor. Dost velký na to, aby vzniklým kanálkem o průměru 0,6 nm se do buňky nahrnuly kladné ionty (H+, Na+, K+, a Ca2+). Otevření dvířek do nitra buňky trvá jen milisekundu, pak se zase přibouchnou. I tak krátká doba „protonovým vetřelcům“ stačí k tomu, aby buněčnou membránu depolarizovali. Taková depolarizace membrány není vlastně nic jiného, než šíření vzruchu. Jde o stejný proces, jakým domlouvají a synchronizují svojí činnost i svalové buňky myokardu

K vybavení buněk depolarizačním zařízením stačí vložit do jejich jaderné informace gen z mořských řas. Ten po vnesení do genomu svalových buněk začne i v jejich  membránách tvořit proteinové struktury reagující na světlo. Odborně se jim říká světelné protonové brány.  Bio-boty opatřené pohonem z takto vylepšených svalových buněk by se staly poněkud ovladatelnější. Šlo by je spouštět i zastavovat. To je samozřejmě ještě málo a tak už vědci uvažují o využití tisku  „barevnou“ tiskárnou. Hodlají do různých  cartridge dodat buňky vybavené ještě jinými bránami. Kromě těch s channelrhodopsinem z mořských řas, reagujících na modré světlo, třeba halorhodopsinem z archaebakterie Natronomonas pharaonis. Tento protein je pro změnu alergický na žluté světlo o vlnové délce 580 nm. Jinak reagujícími buňkami pak lze potisknout různé části robota a tím docílit jeho směrově ovladatelnosti.  A protože „tlustá“ nožka bio-botům slouží jen jako vezoucí se opora, nebude problém ji obtěžkat léčivem, případně něčím dalším. Je obtížné si nyní představit k čemu všemu bude možné myšlenku využít. S prostorovým uspořádáním základního želatinového tělesa a na něj navěšené různé typy buněk, lze s pomocí 3D tisku dělat divy.

První výtvory bio-botů jsou placaté a neohrabané, ale i tak již začnou sloužit v praxi. Stanou se z nich levné prostředky monitorující prostředí. Pokud jejich vycházový výkon klesne, bude to signál, že se děje něco nekalého. Zdravotníkům bio-boty budou přínosem v hledání účinnějších léků na naše stresem unavená srdce. Nějaké využití pro ně chystají i sportovní komisaři...     

Pramen: Development of Miniaturized Walking Biological Machines,  Nature  www.nature.com/srep/2012/121115/srep00857/full/srep00857.html
University of Illinois at Urbana-Champaign