Crean ROBOTS VIVOS con células de rana

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Un equipo de científicos ha reutilizado células vivas, raspadas de embriones de ranas, y las ha reunido en formas de vida completamente nuevas que se asemejan a lo que comúnmente llamaríamos como robots vivos. Estos “xenobots” que miden un milímetro de ancho pueden moverse hacia un objetivo, como llevar carga útil (un medicamento que debe llevarse a un lugar específico dentro del paciente) y también son capaces de curarse a sí mismos después de ser cortados.

 


¿CUÁL FUE EL PRIMER ROBOT DE LA HISTORIA?

 

“Estas máquinas vivas son novedosas”, dijo Joshua Bongard, que es un experto en informática y robótica de la universidad de Vermont, quien fue co-líder de esta nueva investigación

“No es un robot tradicional ni tampoco es una especie conocida de animales. Es una nueva clase de artefactos: un organismo vivo y programable”.

Estas nuevas criaturas fueron diseñadas en una supercomputadora en UVM, y luego fueron 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, como buscar compuestos desagradables o recolectar microplásticos en los océanos”, dijo el co-líder Michael Levin, que se encarga de dirigir el Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo en Tufts.

Sistemas vivos a medida

Los seres humanos siempre hemos intentado manipular organismos para nuestro beneficio. Pero para esta investigación, por primera vez se diseñaron “máquinas biológicas desde cero” o llamados “robots vivos”

Con meses de tiempo de procesamiento en el clúster de la supercomputadora Deep Green en Vermont Advanced Computing Core de UVM. El equipo, incluido el autor principal y el estudiante de doctorado Sam Kriegman, utilizaron un algoritmo evolutivo que creaba miles de diseños candidatos para las nuevas formas de vida. La forma en la que los científicos intentaban asignarle una tarea como la locomoción en una dirección, era hacer que la computadora una y otra vez, volviera a ensamblar cientos de células simuladas en una miríada de formas corporales.

 A medida que los programas se ejecutaban, impulsados por reglas básicas sobre la biofísica de lo que pueden hacer las células cardíacas y la piel de rana, los organismos simulados que fueron más exitosos se mantuvieron y se refinaron, y los diseños fallidos fueron eliminados.

Luego, el equipo de Tufts, dirigido por Levin y con el trabajo clave del microcirujano Douglas Blackiston, transfirieron los diseños in silico a la vida. Primero recolectaron células madre, cosechadas de los embriones de la rana africana Xenopus laevis. Estos se separaron en células individuales y se dejaron incubar. Luego, utilizando unas pinzas pequeñas y un electrodo aún más pequeño, las células se cortaron y unieron bajo un microscopio en una aproximación cercana de los diseños especificados por la computadora.

Xenopus laevis

Después de que fueran 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 células del músculo cardíaco se pusieron a trabajar creando un movimiento hacia adelante, guiado por el diseño de la computadora y ayudado por patrones espontáneos de autooganización.

Se consiguió demostrar que estos organismos reconfigurables pueden moverse de manera coherente y explorar su entorno acuoso durante días o semanas, impulsados por almacenes de energía embrionaria. Aunque, volcados, estos organismos fallaban.

Pruebas posteriores mostraron que grupos de xenobots se movían en círculos y empujaban 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 “robots vivos”, los científicos lograron reutilizar este agujero como una bola para que pudieran transportar con éxito un objeto.

“Es un paso hacia el uso de organismos diseñados por computadora para la entrega inteligente de medicamentos”, dijo Bongard, profesor del Departamento de Ciencias de la Computación y Centro de Sistemas Complejos de UVM.

Tecnologías vivas

Muchas tecnologías están hechas de acero, hormigón o plástico. Esto puede hacerlos fuertes o flexibles. Pero también pueden crear problemas ecológicos y de salud humana.

“La desventaja del tejido vivo es que es débil y se degrada”, dice Bongard. “Es por eso que usamos acero. Pero los organismos tienen 4.500 millones de años de práctica para regenerarse y continuar durante décadas”.

“Y cuando dejan de trabajar, la muerte, generalmente se desmoronan sin causar daño. Estos xenobots son completamente biodegradables ,cuando terminan su trabajo después de siete días, son solo células muertas de la piel”.

En los nuevos experimentos, los científicos cortaron los xenobots y observaron lo que sucedió.

“Cortamos el robot casi por la mitad y se cose de nuevo y continúa”, dijo Bongard

“Y esto es algo que no pueden hacer con las máquinas típicas”.

El futuro de los robots vivos

Tanto Levin como Bongard dicen que el potencial de lo que han estado aprendiendo sobre el cómo las células se comunican y se conectan se extiende tanto en la ciencia computacional como en nuestra comprensión de la vida.

 “La gran pregunta en biología es comprender los algoritmos que determinan la forma y la función”, dice Levin. “El genoma codifica proteínas, pero las aplicaciones transformadoras esperan nuestro descubrimiento de cómo ese hardware permite que las células cooperen para crear anatomías funcionales en condiciones muy diferentes”.

Para que un organismo se desarrolle y funcione, se necesita mucho intercambio de información y cooperación, 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 especifico de ADN”, dijo Levin, “y estos procesos son reconfigurables, permitiendo nuevas formas de vida”.

“Como hemos demostrado, estas células de rana pueden ser inducidas a crear formas vivas interesantes que son completamente diferentes de lo que sería su anatomía predeterminada”, dijo Levin

“Cuando comenzamos a jugar con sistemas complejos que no entendemos, vamos a 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”, dijo Levin. “También necesitamos comprender las reglas de alto nivel”, dijo.

“Creo que es una necesidad absoluta para que la sociedad avance para manejar mejor los sistemas en los que el resultado es muy complejo”, dijo Levin.

En otras palabras, “este estudio es una contribución directa para controlar lo que la gente teme, lo cual son consecuencias no deseadas”, dijo Levin,

Ya sea en la rápida llegada de los automóviles autónomos, el cambio de las unidades genéticas para eliminar todo linajes de virus, o los muchos otros sistemas complejos y autónomos que moldearán cada vez más la experiencia humana.

 

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