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Crean mini máquinas vivientes a partir de células de rana
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Crean mini máquinas vivientes a partir de células de rana

Biobots. No son ni robots ordinarios ni una nueva especie animal. Un equipo estadounidense ha creado seres vivientes de un milímetro con funciones a medida, gracias a un algoritmo.


Dos biólogos y dos científicos robóticos se han aliado para programar un puñado de células madre, insuflarles una nueva vida y ‘diseñarles’ instrucciones en lenguaje binario. ¿Son robots vivientes? ¿Son organismos?

«La gran pregunta aquí es: ¿cómo cooperan las células para construir cuerpos complejos y funcionales? ¿Cómo saben qué construir y de qué manera se comunican entre sí? Esto es importante para comprender la evolución de las formas del cuerpo y las funciones del genoma», ha dicho el evolucionista robótico Sam Kriegman (@Kriegmerica) en la presentación de la criatura, publicada en su web.

«Son máquinas vivas novedosas», añade Joshua Bongard, experto en informática y robótica de la Universidad de Vermont (EEUU) y coautor de este ingenio cuyos detalles se detallan en la revista científica PNAS.

Llamados xenobots, utilizan células vivas obtenidas de embriones de rana de uñas africanas (Xenopus laevis). Representan una nueva clase de artefacto y, definitivamente, no son ranas, aunque sus ladrillos contengan el ADN de ese anfibio. Y esos ladrillos son células que se ensamblan de formas muy diversas.

Un ejército de células que espontáneamente se organizan

Las nuevas máquinas vivas fueron diseñadas en un superordenador de la Universidad de Vermont. Luego, ensambladas y probadas por biólogos en la Universidad de Tufts (también en EE.UU.). El algoritmo predice su evolución y, por tanto, sus funciones.

El ordenador ensambló una y otra vez cientos de células simuladas, no reales, probando innumerables formas para intentar que estas máquinas cumplieran la tarea asignada por los investigadores: moverse en una dirección concreta.

Diseñaron los ensamblajes en ordenador; luego los reprodujeron en células extraídas de embrión de rana

El siguiente paso fue poner a las células de rana a cooperar. Primero cosecharon células madre de los embriones de las ranas (células de la piel y otras de corazón) que luego se separaron en células individuales y se dejaron incubar.

Después, usando unas pinzas diminutas y un electrodo aún más pequeño, las células se cortaron y unieron bajo un microscopio conforme a los los diseños especificados por la computadora.

Ensambladas en formas corporales nunca vistas en la naturaleza, las células comenzaron a trabajar juntas. Las de la piel formaron una arquitectura más pasiva, mientras que las contracciones de las células del músculo cardíaco creaban un movimiento ordenado hacia adelante.Y ahí surgió la máquina. Literalmente, su motor es casi un corazón. Los latidos celulares impulsan a sus patitas.

Según el diseño del ordenador, 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 explorar su entorno acuoso durante días o semanas, impulsados ​​por depósitos de energía embrionaria.

«Hasta ahora hemos construido organismos diseñados por computadora que caminan, nadan, empujan y llevan un objeto y trabajan juntos en grupos», explica Kreigman.

Estos robots vivientes se mantienen funcionales (¿con vida?) durante unos siete días, «esto es una característica positiva en términos de seguridad para construcciones de biología sintética», precisa el evolucionista robótico.

«Un gran número de organismos en la Tierra no tienen cerebro, exhiben un comportamiento funcional, son capaces de curarse a sí mismos y trabajan colectivamente», como estos. Tampoco pueden reproducirse, «pero hay organismos naturales que tampoco pueden por ejemplo, las mulas».

Biobot resultante | Sam Kriegman

De moverse en círculos a administrar medicinas

Las pruebas posteriores mostraron que un grupo de xenobots podría moverse en círculos hacia una posición central de forma espontánea y colectiva. En las versiones simuladas eran capaces de llevar una microbolsa para transportar con éxito un objeto.

«Es un paso hacia el uso de organismos diseñados por computadora para la entrega inteligente de medicamentos», apunta Bongard, profesor en el departamento de Ciencias de la Computación y Centro de Sistemas Complejos de la Universidad de Vermont.

Aunque la comunidad científica ya había intentado unir organismos artificiales a partir de formas animales, estas son las primeras máquinas completamente biológicas diseñadas desde cero. Cualquiera que quiera fabricarse su biobot puede usar el código de los algoritmos y demás recursos que han publicado en el repositorio Github.

«Podemos imaginar muchas aplicaciones útiles de estos robots vivos que otras máquinas no pueden hacer», dice Michael Levin, director del Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo en Tufts y coautor del estudio. Estos biobots podrían buscar compuestos desagradables o contaminación radiactiva, recolectar microplásticos en los océanos o viajar en arterias para la administrar fármacos, entre otros.

El robot viviente se comportó como en la simulación de ordenador (izquierda)

“La desventaja del tejido vivo es que es débil y se degrada, por eso usamos acero [en las máquinas convencionales]. Pero los organismos tienen 4.500 millones de años de experiencia, aprendieron a regenerarse y continuar durante décadas”, indica el investigador. Además, una vez que dejan de trabajar, mueren y generalmente se desintegran sin causar daño.

Y una ventaja extra. Tanto para el planeta (si un día proliferasen), como para el organismo (si un día nos habitan por dentro): «Estos xenobots son completamente biodegradables. Cuando terminan su trabajo después de siete días, son solo células muertas de la piel», recalca Bongard.

Hígados cultivados en agua y otros organoides

Aquí te explicamos una de las vertientes de los cultivos celulares. La medicina regenerativa tiene su mirada puesta en el desarrollo de tejidos funcionales e incluso órganos cultivados a partir de células madre. El último avance presentado, un hígado humano muy básico que ha crecido a partir de un puñado de células.

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