Así son los primeros ‘biobots’: robots creados con células animales que prometen transformar el futuro

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Así son los primeros ‘biobots’: robots creados con células animales que prometen transformar el futuro

Un equipo de adolescentes investigadores estadounidenses ha reutilizado células vivas a partir de embriones de rana para darles una renovada forma de vida gracias a un superordenador. Estos biobots de un milímetro son aptos de moverse hacia un objetivo(propósito) marcado, levantar carga útil o autocurarse tras un corte.

No son ni robots ordinarios ni una especie real de animales. Un grupo de científicos ha inventado organismos simples de un milímetro con características personalizadas creados a partir de bloques de construcción biológicos específicos basados en un algoritmo evolutivo.

“Son máquinas vivas novedosas”, explica Joshua Bongard, especialista en informática y robótica de la Universidad (Estatal) de Vermont (EE UU) y coautor(colaborador) de la renovada investigación que se publica en la revista PNAS junto al alumno Sam Kriegman, 1.er autor. Los llamados xenobots, denominados así por la reutilización de células vivas conseguidas de embriones de rana de uñas africanas (Xenopus laevis), representan una renovada clase de artefacto.

Las nuevas máquinas vivas fueron diseñadas en una supercomputadora de la Universidad (Estatal) de Vermont y luego ensambladas y probadas por biólogos en la Universidad (Estatal) de Tufts (también en EE UU). Aunque la sociedad científica ya había intentado unir organismos artificiales a partir de formas animales, estas son las primeras máquinas completamente biológicas diseñadas desde cero.

“Podemos recordar muchas apps útiles de estos robots vivos que otras máquinas no pueden hacer”, dice Michael Levin, directivo del Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo en Tufts y coautor(colaborador) del estudio. Estos biobots podrían investigar compuestos desagradables o contaminación radiactiva, recoger microplásticos en los océanos o viajar en arterias para la administrar fármacos, entre otros.

Organismos vivos a medida

Procesados durante meses(del año) en el clúster de la supercomputadora Deep Green en el Vermont Advanced Computing Core de la universidad, los científicos utilizaron un algoritmo evolutivo para inventar muchos de diseños candidatos para las nuevas formas de vida. El computador ensambló una y otra vez cientos de células simuladas probando innumerables formas para intentar que estas máquinas cumplieran la tarea asignada por los investigadores: moverse en una dirección concreta.

A medida que se ejecutaban los programas, los organismos simulados más exitosos se mantuvieron y refinaron, mientras que los diseños fallidos se descartaron. Después de cien ejecuciones independientes del algoritmo, se seleccionaron los diseños más prometedores para la prueba.

El equipo de la Universidad (Estatal) de Tufts, enfocado por Levin y con el trabajo clave del microcirujano Douglas Blackiston, transfirió los diseños in silico a la vida. Primero recolectaron células madre de los embriones de las ranas (células de la piel y otras cardíacas) que luego se separaron en células individuales y se dejaron incubar. Después, utilizando unas pinzas diminutas y un electrodo todavía más pequeño, las células se cortaron y unieron bajo un microscopio en una aproximación cercana de los diseños especificados por la computadora.

Ensambladas en formas corporales jamás vistas en la naturaleza, las células comenzaron a laborar juntas. Las de la piel formaron una arquitectura más pasiva, mientras que las contracciones aleatorias de las células del músculo cardíaco creaban un movimiento ordenado hacia adelante, según el diseño(design) de la computadora, y ayudado por patrones espontáneos de autoorganización. Esto permitió a los robots moverse por sí mismos.

Los investigadores demostraron así que estos organismos reconfigurables pueden moverse de manera coherente y examinar su ambiente acuoso durante días o semanas, impulsados ​​por depósitos de energía embrionaria. Sin embargo, si se volcaban estos fallaban.

Las pruebas consecutivos enseñaron que un grupo de xenobots podrían moverse en círculos hacia una condición central de forma espontánea y colectiva. Otros fueron construidos con un agujero en el centro para reducir la resistencia. En las versiones simuladas, este agujero se reutilizó como una bolsa para transportar con éxito un objeto.

“Es un paso hacia el uso de organismos diseñados por máquina para la otorga inteligente de medicamentos”, apunta Bongard, maestro en el departamento de Ciencias de la Computación y Centro de Sistemas Complejos de la Universidad (Estatal) de Vermont.

Ventajas de la tecnología viva

La mayoría de las máquinas recientes están fabricadas a partir de materiales como el acero, el hormigón o el plástico, con cierta potencia y flexibilidad. Sin embargo, estas tecnologías son susceptibles de inventar problemas ecológicos y de salud, como la contaminación plástica en los océanos o la toxicidad de muchos materiales sintéticos y electrónicos. ¿Qué ocurría con un material biológico?

“La desventaja del tejido vivo es que es débil y se degrada, por eso utilizamos acero. No obstante los organismos tienen 4.500 millones de años de práctica para regenerarse y seguir durante décadas”, señala el investigador. Además, una vez que dejan de trabajar, es declarar que mueren, generalmente se desintegran sin causar daño.

“Estos xenobots son completamente biodegradables. Cuando terminan su trabajo después de siete días, son solo células muertas de la piel”, recalca Bongard.

Por otra parte, contrariamente a ciertos materiales que no pueden cortarse por la mitad, estas máquinas orgánicas son aptos de regenerarse si sufren un corte. En los experimentos, los científicos cortaron los xenobots casi por la mitad y estos se recomponían y continuaban. “Esto es algo que no puedes inventar con las máquinas ordinarias”, señalan.

Hacia la configuración de nuevas formas de vida

Comprender cómo las células se comunican y se conectan para inventar formas y características de vida distintas permitirá apps que transformarán el futuro de la biología y la informática. Los científicos ven este estudio como “un canal expandible para diseñar organismos reconfigurables”, de hecho, es el título de su trabajo, es decir, como un paso en la app de ideas de un código bioeléctrico.

“¿Qué determina realmente la anatomía hacia la cual cooperan las células?”, se consulta Levin. “Miras a las células con las que hemos estado construyendo vuestros xenobots y, genómicamente, son ranas. Es 100% ADN de rana, no obstante no son ranas. Luego preguntas, ¿qué más son aptos de desarrollar estas células?”, continúa Levin.

Como ha comprobado la investigación, estas células de rana pueden inducir a generar formas de vida interesantes que son completamente diferentes de lo que sería su anatomía predeterminada. El equipo de investigadores cree que desarrollar los xenobots es un diminuto paso para descifrar lo que Levin llama el “código morfogenético”, proporcionando una visión más profunda de la forma general en que se organizan los organismos, y cómo calculan y almacenan la info(datos). en característica de sus historias y entorno.

Ante esto surge una preocupación respecto a las implicaciones del cambio tecnológico y sobre todo las manipulaciones biológicas que se puedan producir en el futuro. Aunque “ese temor no es irrazonable”, dice Levi, es indispensable entender mejor cómo las propiedades complejas de alguna manera emergen de reglas simples.

“Este estudio permitirá controlar lo que la multitud teme, es declarar las consecuencias no deseadas”, dice Levin, ya sea en la rápida llegada de automóviles autónomos, el cambio de unidades genéticas para borrar linajes enteros de virus, o los muchos otros sistemas complejos y autónomos que moldearán cada vez más la maestría humana.

Este capítulo fue anunciado originalmente en Agencia Sinc

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