得益於科學家對人類身體的研究，機器文明又取得了一項進步。
利用對人類脊髓的研究成果，伊利諾伊大學香檳分校研究人員使用3D打印技術製造出柔軟骨架上，並以此為基礎開發了由肌肉和脊髓組織提供動力的小型步行機器人“spinobots”。該校細胞與發育生物學教授、研究帶頭人Martha Gillette說，雖然過去已經有生物機器人可以通過簡單的肌肉收縮來前進，但脊髓的增加讓它們有了更自然的行走節奏。
Gillette說：“這些都是朝著交互式生物設備方向前進的開始，同時這些生物設備也可用於神經計算和恢復醫學。”。
研究以Emergence of functional neuromuscular junctions in an engineered, multicellular spinal cord-muscle bioactuator(一種工程化多細胞脊髓肌肉生物激勵器中功能性神經肌肉連接的發現)為題，發表在了《APL生物工程》雜誌上。
他們假設，一個完整的大鼠腰脊髓段可以與工程化的3D肌肉組織形成功能性神經肌肉連接，模擬周圍神經系統的部分發育。
為了製造spinobots，研究人員首先用3D打印出聚乙二醇骨架：2個充作腿的柱狀結構和1條靈活的“脊樑”，直徑只以毫米計。然後，他們用肌肉細胞將其植入其中，待其生長成肌肉組織。最後，他們為其添加了來自大鼠的腰椎脊髓。
論文第一作者Collin Kaufman說：“我們特別選擇了腰椎脊髓，因為之前的研究已經證明，它包含了控制行走過程中下肢左右交替的神經迴路。從工程的角度來看，神經元是驅動更復雜、更協調的肌肉運動所必需的。神經支配最具挑戰性的障礙是，以前從來沒有人培養過完整的齧齒動物脊髓。”
實驗結果驗證了他們的假設，在脊髓被引入肌肉組織的7天內，就形成了功能性神經肌肉連接，從而在體外形成了早期周圍神經系統。新神經支配的肌肉表現出自發的收縮，可以通過骨骼腿部的位移來測量。在化學刺激下，脊髓肌肉系統以一致的頻率模式開始肌肉抽搐。
總的來說，試驗數據表明，大鼠脊髓能夠在離體之後與工程肌肉組織形成功能性神經肌肉連接。
下一步，研究人員計劃進一步完善自旋機器人的動作，使它們的步態更自然。研究人員希望這種小範圍的脊髓整合是建立外周神經系統體外模型的第一步，這在活體病人或動物模型中是很難研究的。
Kaufman說：“體外培養的外周神經系統——脊髓、神經生長和神經支配肌肉——的發展，可以讓研究人員更容易接觸到所有受影響的成分，實時研究ALS等神經退行性疾病。”這項技術也有多種方法可以用作手術訓練工具，從充當由真實生物組織製成的練習假人到實際幫助完成手術本身。目前，這些應用還處於相當遙遠的將來，但包含完整的脊髓電路是向前邁出的重要一步。”
編譯/前瞻經濟學人APP資訊組
參考資料：
[1]https://www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200428142401.htm
[2]https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5121440
