- Los científicos de la Universidad de Tufts, la Universidad de Vermont y el Instituto Wyss de Harvard han desarrollado organismos pequeños y vivos que pueden programarse. Llamados “xenobots”, estos robots fueron hechos con células madre de rana.
- La investigación, publicada en la revista científica. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, está destinado a ayudar al desarrollo de robots blandos que pueden repararse a sí mismos cuando están dañados.
- En última instancia, la esperanza es que estos xenobots sean útiles para limpiar microplásticos, digerir materiales tóxicos o incluso administrar medicamentos dentro de nuestros cuerpos.
¿Qué sucede cuando cruzas células madre de un corazón y piel de rana? No mucho, es decir, hasta que programe que esas celdas se muevan. En ese caso, ha creado un xenobot, un nuevo tipo de organismo que es en parte robot, en parte viviente.
Y nunca hemos visto algo así antes.
Investigadores de la Universidad de Tufts, la Universidad de Vermont y la Universidad de Harvard han creado los primeros xenobots a partir de embriones de rana después de diseñarlos con algoritmos informáticos y moldearlos físicamente con precisión quirúrgica. Los embriones de la piel y el corazón tienen un tamaño de solo un milímetro, pero pueden lograr algunas cosas notables por lo que son, como retorcerse físicamente hacia los objetivos.
“Estas son máquinas vivas novedosas”, dijo en un comunicado de prensa Joshua Bongard, científico informático y experto en robótica de la Universidad de Vermont, quien codirigió la nueva investigación. “No son un robot tradicional ni una especie conocida de animales. Es una nueva clase de artefactos: un organismo vivo y programable”.
Al estudiar estos organismos curiosos, los investigadores esperan aprender más sobre el misterioso mundo de la comunicación celular. Además, este tipo de microorganismos robo podría ser la clave para la administración de fármacos en el cuerpo o técnicas de limpieza ambiental más ecológicas.
“La mayoría de las tecnologías están hechas de acero, hormigón, productos químicos y plásticos, que se degradan con el tiempo y pueden producir efectos nocivos para la salud y el medio ambiente”, señalan los autores en un artículo de investigación publicado en la revista científica. Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. “Por lo tanto, sería útil construir tecnologías que utilicen materiales autorrenovables y biocompatibles, de los cuales los candidatos ideales son los sistemas vivos”.
Construyendo Xenobots
Xenobots toman prestado su nombre de Xenopus laevis El nombre científico de la rana con garras africana de la que los investigadores recolectaron las células madre. Para crear los pequeños organismos, que se deslizan alrededor de una placa de Petri un poco como los osos de agua, esos pequeños microorganismos que son prácticamente imposibles de matar, los investigadores rasparon las células madre vivas de los embriones de rana. Estos se separaron en células individuales y se dejaron incubar.
Diferenciaron las células madre en dos tipos diferentes: células del corazón y de la piel. Las células del corazón son capaces de expandirse y contraerse, lo que finalmente ayuda al xenobot en la locomoción, y las células de la piel proporcionan estructura. Luego, usando unas pinzas pequeñas y un electrodo aún más pequeño, los científicos cortaron las células y las unieron bajo un microscopio en diseños que fueron especificados por un algoritmo informático.
Curiosamente, los dos tipos diferentes de células se fusionaron bien y crearon xenobots que podrían explorar su entorno acuoso durante días o semanas. Sin embargo, cuando se volteaban como una tortuga sobre su caparazón, ya no podían moverse.
Otras pruebas mostraron que grupos enteros de xenobots son capaces de moverse en círculos y empujar objetos pequeños a una ubicación central por sí solos, sin intervención. Algunos fueron construidos con agujeros en el centro para reducir la resistencia y los investigadores incluso intentaron usar el agujero como una bolsa para permitir que los xenobots llevaran objetos. Bongard dijo que es un paso en la dirección correcta para los organismos diseñados por computadora que pueden administrar medicamentos de forma inteligente en el cuerpo.
Algoritmos Evolutivos
Si bien estos xenobots son capaces de realizar algún movimiento espontáneo, no pueden realizar ningún esfuerzo coordinado sin la ayuda de las computadoras. Realmente, xenobots no podría existir fundamentalmente sin diseños creados a través de algoritmos evolutivos.
Así como la selección natural dicta qué miembros de una especie viven y cuáles mueren, en función de ciertos atributos favorables o desfavorables y, en última instancia, que influyen en las características de la especie, los algoritmos evolutivos pueden ayudar a encontrar estructuras beneficiosas para los xenobots.
Un equipo de informáticos creó un mundo virtual para los xenobots y luego ejecutó algoritmos evolutivos para ver qué diseños potenciales para los xenobots podrían ayudarlos a moverse o lograr algún otro objetivo. El algoritmo buscó xenobots que se desempeñaron bien en esas tareas particulares mientras estaban en una configuración dada, y luego crió esos microorganismos con otros xenobots que se consideraron lo suficientemente “en forma” para sobrevivir a esta selección natural simulada.
En el video anterior, por ejemplo, puede ver una versión simulada del xenobot, que es capaz de avanzar. El organismo final adquiere una forma similar a este diseño y es capaz de moverse (lentamente). Los cuadrados rojos y verdes en la parte inferior de la estructura son células activas, en este caso las células madre del corazón, mientras que los cuadrados azulados representan las células madre pasivas de la piel.
Douglas Blackiston
Todo este trabajo de diseño se completó en el transcurso de unos meses en el clúster de supercomputadora Deep Green de la Universidad de Vermont. Después de unos cientos de ejecuciones del algoritmo evolutivo, los investigadores filtraron los diseños más prometedores. Luego, los biólogos de la Universidad de Tufts reunieron los xenobots reales in vitro.
¿Cuál es la controversia?
Cualquier cosa relacionada con las células madre debe cumplir al menos algunos flack porque los detractores están en desacuerdo con la premisa completa del uso de células madre, que se obtienen de embriones en desarrollo.
Esto se combina con otras preguntas prácticas de ética, especialmente en relación con la seguridad y las pruebas. Por ejemplo, ¿deberían los organismos tener protecciones similares a los animales o humanos cuando experimentamos con ellos? ¿Podríamos nosotros mismos eventualmente requerir protección de las criaturas producidas artificialmente?
“Cuando estás creando vida, no tienes un buen sentido de qué dirección tomará”, dijo Nita Farahany, que estudia las ramificaciones éticas de las nuevas tecnologías en la Universidad de Duke y no participó en el estudio. Revista Smithsonian. “Cada vez que intentamos aprovechar la vida … [we should] reconocer su potencial para ir realmente mal “.
Michael Levin, biofísico y coautor del estudio de la Universidad de Tufts, dijo que el miedo a lo desconocido en este caso no es razonable:
“Cuando comenzamos a jugar con sistemas complejos que no entendemos, vamos a tener consecuencias no deseadas”, dijo en un comunicado de prensa. “Si la humanidad va a sobrevivir en el futuro, debemos comprender mejor cómo las propiedades complejas, de alguna manera, emergen de reglas simples”.
En esencia, el estudio es una “contribución directa para controlar lo que la gente teme, lo cual son consecuencias no deseadas”, dijo Levin.
Fuente: Universidad de Vermont.
Source link