Salamander menyediakan model untuk regenerasi sumsum tulang belakang
Robotics

Salamander menyediakan model untuk regenerasi sumsum tulang belakang


Salamander robot Pleurobot yang dikembangkan oleh Laboratorium Biorobotik EPFL akan ditingkatkan dalam rangka proyek ini. Kredit: Konstantinos Karakasiliotis & Robin Thandiackal, BioRob / EPFL

Salamander memiliki kekuatan super yang unik — mereka dapat meregenerasi sumsum tulang belakang mereka dan mendapatkan kembali fungsionalitas penuh. Para ilmuwan sedang bekerja di bawah proyek penelitian lintas disiplin untuk mengungkap mekanisme di balik kemampuan restoratif ini.

“Salamander unik karena mereka adalah satu-satunya tetrapoda yang mampu menumbuhkan kembali sumsum tulang belakang dengan fungsionalitas penuh,” kata Auke Ijspeert, kepala Laboratorium Biorobotik EPFL. Setelah cedera, amfibi ini mampu “secara ajaib” menumbuhkan kembali tali tulang belakang mereka dan kembali bergerak.

Sebuah tim ilmuwan yang dipimpin oleh Ijspeert bersama dengan András Simon, seorang profesor di Institut Karolinska di Swedia, dan Dimitri Ryczko, seorang asisten profesor di laboratorium kontrol motor Université de Sherbrooke di Kanada, sedang melihat dengan tepat bagaimana proses tersebut bekerja melalui proyek yang baru saja menerima Hibah Sinergi dari Dewan Riset Eropa.

Menguraikan mekanisme saraf

Para ilmuwan berencana untuk menggabungkan metode dari genomik, ilmu saraf, pemodelan komputer dan biorobotik untuk menguraikan mekanisme saraf yang mendukung regenerasi sumsum tulang belakang. “Sistem saraf salamander memiliki semua elemen fungsional yang sama seperti mamalia, tetapi dalam struktur yang relatif sederhana,” kata Ryczko. “Itu membuat salamander menjadi hewan yang ideal untuk mempelajari jaringan kendali motorik pada vertebrata.”

Penelitian mereka juga bertujuan untuk lebih memahami bagaimana sistem saraf pusat dan perifer berinteraksi selama pergerakan. “Sumsum tulang belakang adalah bagian dari sistem saraf pusat, berfungsi sebagai ruang kontrol untuk penggerak,” kata Ijspeert. Para ilmuwan telah mengamati bagaimana jaringan saraf di sumsum tulang belakang yang terisolasi berosilasi dengan sendirinya dan memberikan perintah yang tepat untuk pergerakan. “Itu mengejutkan karena itu berarti sumsum tulang belakang secara otomatis mengetahui sinyal apa yang harus dikirim ke otot untuk mengatur gerakan mereka, tanpa membutuhkan masukan dari seluruh tubuh.” Tetapi sumsum tulang belakang tidak sendirian di ruang kontrol. Sistem saraf tepi juga ada di sana, mentransmisikan informasi sensorik tentang lingkungan tubuh ke sistem saraf pusat dan berpartisipasi dalam kontrol gerakan. Tim peneliti percaya bahwa redundansi ini, bersama dengan interaksi fisik antara tubuh salamander dan sekitarnya, memainkan peran penting dalam proses pemulihan fungsional.

Manfaat penelitian lintas disiplin

Untuk menguji hipotesis mereka, para ilmuwan akan menggabungkan pengetahuan mereka di bidangnya masing-masing. Ryczko akan memanfaatkan pengetahuannya tentang mekanisme biologis kontrol motorik untuk mempelajari bagaimana jaringan saraf terstruktur. Dia akan menggunakan optogenetik — metode yang melibatkan pembuatan neuron lebih sensitif terhadap cahaya dan kemudian merangsang jenis sel saraf tertentu — untuk mengukur aktivitas neuron sebelum dan setelah cedera tulang belakang. Simon, seorang ahli dalam regenerasi saraf, telah menandai genom salamander; ia akan memasok alat optogenetik yang diperlukan untuk pekerjaan Ryczko dan memeriksa kepatutan molekuler dari jaringan saraf yang beregenerasi.

Terakhir, Ijspeert dan timnya akan mengembangkan model komputer dari jaringan saraf dan memberikan keahlian biorobotik sehingga model tersebut dapat diuji tidak hanya melalui simulasi, tetapi juga pada versi salamander robot Pleurobot yang disempurnakan. “Kami akan membuat semacam kulit taktil untuk robot,” kata Ijspeert. “Karena sulit untuk memodelkan interaksi tubuh salamander dengan sekelilingnya — pasir, air, lumpur, dll. – kami akan mereplikasi mereka dengan robot. Itu akan menunjukkan kepada kita bagaimana lingkungan hewan memengaruhi penggeraknya dan memberikan wawasan berharga tentang interaksi tubuh dengan sistem saraf. “

Menjembatani kesenjangan

Simon menambahkan: “Salamander adalah satu-satunya vertebrata yang memiliki sirkuit lokomotor tetrapoda dan kemampuan untuk meregenerasi neuron. Posisi evolusi salamander memberi kita kesempatan unik untuk menjembatani penemuan yang dibuat pada vertebrata regeneratif tetapi tidak berkaki, seperti ikan, dan non-regeneratif, mamalia darat. “

Meskipun proyek ini berfokus terutama pada penelitian fundamental, Ijspeert masih melihat aplikasi potensial di bidangnya. “Kami berharap suatu hari nanti konsep mekanisme yang kuat dan regenerasi dapat ditransfer ke robotika, sehingga para insinyur dapat membangun mesin yang tahan terhadap kesalahan yang terus bekerja meskipun ada kerusakan pada perangkat keras elektronik dan mekanis mereka,” katanya.


Robot meniru gerakan vertebrata


Disediakan oleh Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

Kutipan: Salamanders menyediakan model regenerasi sumsum tulang belakang (2020, 9 November), diakses 27 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-11-salamanders-spinal-cord-regeneration.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Data SGP 2020