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Xenobots: Roboterartige Kugeln aus Froschzellen gezüchtet

Aus Stammzellen von Fröschen wachsen kleine Roboter heran. Die Xenobots können sich frei bewegen, ihre Verletzungen vollständig heilen und verschiedenfarbig leuchten.
Biologische Miniroboter, die Xenobots, bewegen sich mit Hilfe der Härchen auf ihrer Oberfläche fort. Laden...

Ein Forscherteam hat Gewebekügelchen gezüchtet, die sich wie winzige Roboter eigenständig fortbewegen. Xenobots nennt die Gruppe um Douglas Blackiston und Michael Levin von der Tufts University ihre Erfindung, die sie nun in »Science Robotics« vorstellt. Der Name leitet sich von der wissenschaftlichen Bezeichnung des Krallenfrosches, Xenopus laevis, ab.

Ausgangspunkt der biologischen Roboter waren Stammzellen von Krallenfroschembryos. Diese wuchsen im Labor innerhalb von vier Tagen heran und ordnen sich zu einem Gewebe aus Oberflächenzellen, einem Epithel. Die kugelförmigen Xenobots bleiben dann zehn Tage lang aktiv.

Den Xenopods wachsen zudem binnen vier Tagen gewissermaßen Antriebsmittel: Mit rund 100 winzigen beweglichen Härchen auf der Oberfläche jeder Zelle, so genannten Zilien, bewegen sich die Xenobots in verschiedenen wässrigen Umgebungen ungerichtet umher. Zilien sind kleine Zellfortsätze, die im Takt mit ihren Nachbarn schlagen, wodurch sie beim Menschen etwa Schleim und Partikel aus der Lunge transportieren. Im Experiment bewegen sie stattdessen die Xenobots in der feuchten Petrischale, auf unebenen Flächen und sogar durch enge Röhrchen. Dabei legten die Xenobots, die selbst einen halben Millimeter messen, gut dreieinhalb Zentimeter pro Stunde zurück.

© Doug Blackiston / Tufts University
Xenobots
Xenobots verhalten sich fast wie ein Schwarm, während sie auf den Zilien umherkreisen.

Um die Selbstheilungskräfte der Bots zu testen, verletzten Blackiston und sein Team sie mit chirurgischen Pinzetten. Nach einer Viertelstunde hatten sich alle Xenobots regeneriert, keiner starb vorzeitig ab. Das Team um Levin und Blackiston beobachtete weiter, dass sich die beweglichen Xenobots als Schwarm organisieren: Ein mit Eisenoxidpartikeln bedecktes Feld säubern Xenobots innerhalb eines halben Tages, indem sie bei ihren unkoordinierten Touren immer wieder einzelne Partikel zu kleinen Häufchen zusammenkehren.

Das Team um Levin und Blackiston sieht seine Experimente als Grundlage, um Forschung an der Entwicklung von Zellverbänden zu betreiben. Mit den Xenobots lässt sich beispielsweise untersuchen, welche Reize Zellen brauchen, um sich zu größeren Einheiten zusammenzuschließen. Das Team möchte in Zukunft weiterentwickelte Roboter aus biologischem Material herstellen, die sich in der Biomedizin einsetzen lassen oder auch als Sensor dienen. Ein rudimentäres Gedächtnis haben die Xenobots bereits: Die Forschenden haben ihnen ein fluoreszierendes Protein eingebaut, durch das die Zellkugeln unter speziellem Licht grün leuchten. Sind sie allerdings einer blauen Lichtquelle ausgesetzt, wechselt die Fluoreszenz der Bots dauerhaft zu rot. So speichert der Xenobot ab, mit welchen Reizen er unterwegs in Kontakt gekommen ist.

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