CIENCIA. Robots vivos construidos con células de rana

Pequeños 'xenobots' ensamblados a partir de células prometen avances desde la entrega de medicamentos hasta la limpieza de desechos tóxicos.


Los científicos reutilizaron las células de rana viva y las ensamblaron en formas de vida completamente nuevas. Estos pequeños 'xenobots' pueden moverse hacia un objetivo y curarse a sí mismos después de ser cortados. 

Estas novedosas máquinas vivientes no son un robot tradicional ni una especie de animal conocida. Son una nueva clase de artefactos: un organismo vivo y programable.

Las nuevas criaturas fueron diseñadas en una supercomputadora en UVM (Vermont Advanced Computing Core de EE.UU. ), y luego ensambladas y probadas por biólogos en la Universidad de Tufts. "Podemos imaginar muchas aplicaciones útiles de estos robots vivos que otras máquinas no pueden hacer", dice el co-líder Michael Levin, quien dirige el Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo en Tufts, "como buscar compuestos desagradables o contaminación radiactiva, recolectar microplásticos en los océanos, viajando en arterias para limpiar depósitos".




Ensambladas en formas corporales nunca vistas en la naturaleza, las células comenzaron a trabajar juntas. Las células de la piel formaron una arquitectura más pasiva, mientras que las contracciones una vez aleatorias de las células del músculo cardíaco se pusieron a trabajar creando un movimiento hacia adelante ordenado según lo guiado por el diseño de la computadora, y ayudado por patrones espontáneos de autoorganización, lo que permite que los robots sigan adelante por sí mismos.

Estos xenobots son completamente biodegradables. Cuando terminan su trabajo después de unos siete días de vida, son solo células muertas de la piel.

Se comprobó que estos organismos reconfigurables pueden moverse de manera coherente y explorar su entorno acuoso durante días o semanas, impulsados ​​por almacenes de energía embrionaria. Sin embargo, volcados libremente juntos, fallaron, como escarabajos volteados sobre sus espaldas.

Rana de uñas africana, Xenopus laevis (Stock image).

Pruebas posteriores mostraron que grupos de xenobots se moverían en círculos, empujando los gránulos hacia una ubicación central, de forma espontánea y colectiva. Otros fueron construidos con un agujero a través del centro para reducir la resistencia. En versiones simuladas de estos, los científicos pudieron reutilizar este agujero como una bolsa para transportar con éxito un objeto.

Los xenobots se pueden cortar o trocear, pero los trozos se autoregeneran y siguen adelante con su cometido.

Mientras el genoma codifica proteínas, las aplicaciones transformadoras buscan descubrir  cómo ese hardware permite que las células cooperen para crear anatomías funcionales en condiciones muy diferentes. Para que un organismo se desarrolle y funcione, hay mucho intercambio de información y cooperación, computación orgánica, que se realiza dentro y entre las células todo el tiempo, no solo dentro de las neuronas. Estas propiedades emergentes y geométricas están conformadas por procesos bioeléctricos, bioquímicos y biomecánicos, "que se ejecutan en hardware específico de ADN", y estos procesos son reconfigurables, permitiendo nuevas formas de vida.

Los científicos han programado un mecanismo escalable que permite diseñar organismos reconfigurables, como un paso previo en la aplicación de conocimientos sobre este código bioeléctrico tanto a la biología como a la informática.

Observando las células con las que se han estado construyendo los xenobots se puede afirmar que, genómicamente, son ranas. Es 100% ADN de rana, pero tales organismos vivos no son ranas. Entonces podemos preguntarnos, ¿qué más son capaces de construir estas células?. Como los científicos han demostrado, estas células de rana pueden ser inducidas a crear formas de vida interesantes que son completamente diferentes de lo que sería su anatomía predeterminada.

Construir los xenobots es un pequeño paso para descifrar lo que se ha denominado "código morfogenético", proporcionando una visión más profunda de la forma general en que se organizan los organismos, y cómo calculan y almacenan la información en función de sus historias y entorno.

En la fila de arriba, algunos de los diseños generados por ordenador; en la de abajo, los xenobots fabricados a partir de células UNIVERSIDAD DE VERMONT/TUFTS

Muchas personas se preocupan por las implicaciones del rápido cambio tecnológico y las manipulaciones biológicas complejas. Ese miedo no es irrazonable cuando comenzamos a jugar con sistemas complejos que no entendemos, y podemos tener consecuencias no deseadas. Muchos sistemas complejos, como una colonia de hormigas, comienzan con una unidad simple, una hormiga, a partir de la cual sería imposible predecir la forma de su colonia o cómo pueden construir puentes sobre el agua con sus cuerpos interconectados.

Si la humanidad va a sobrevivir en el futuro, necesitamos comprender mejor cómo las propiedades complejas, de alguna manera, emergen de reglas simples. La creatividad es innata a la vida. Buscamos entenderlo más profundamente, y cómo podemos dirigirlo e impulsarlo hacia nuevas formas.

Fuentes:
- Sam Kriegman, Douglas Blackiston, Michael Levin, and Josh Bongard. A scalable pipeline for designing reconfigurable organisms. PNAS, 2020 DOI: 10.1073/pnas.1910837117
- University of Vermont. "Living robots built using frog cells: Tiny 'xenobots' assembled from cells promise advances from drug delivery to toxic waste clean-up." ScienceDaily. ScienceDaily, 13 January 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/01/200113175653.htm>