Científicos reutilizan células de ranas vivas para desarrollar el primer robot vivo del mundo

En lo que es un notable cruce entre la vida biológica y la robótica, un equipo de científicos ha reutilizado células de ranas vivas y las ha utilizado para desarrollar "xenobots". Las células provienen de embriones de rana y los xenobots tienen solo un milímetro de ancho. Son capaces de moverse hacia un objetivo, posiblemente recoger una carga útil como un medicamento para el interior de un cuerpo humano y curarse a sí mismos después de sufrir un corte o daño. 

“Estas son máquinas vivientes novedosas”, según Joshua Bongard, científico informático y experto en robótica de la Universidad de Vermont, quien codirigió la nueva investigación. “No son ni un robot tradicional ni una especie conocida de animal. Es una nueva clase de artefacto: un organismo vivo y programable”.

Los científicos diseñaron los bots en una supercomputadora en el Universidad de Vermont, y un grupo de biólogos de la Universidad de Tufts los ensamblaron y probaron. 

“Podemos imaginar muchas aplicaciones útiles de estos robots vivientes que otras máquinas no pueden hacer”, dice el codirector 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 las arterias para raspar la placa”.

La investigación fue publicada en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias en enero 13.

Según el equipo, esta es la primera vez que la investigación "diseña máquinas completamente biológicas desde cero".

Tomó meses de tiempo de procesamiento en el grupo de supercomputadoras Deep Green en Vermont Advanced Computing Core de UVM. El equipo incluía al autor principal y estudiante de doctorado Sam Kriegman, y se basó en un algoritmo evolutivo para desarrollar miles de diseños diferentes para las nuevas formas de vida. 

Cuando a la computadora se le encargó completar una tarea asignada por los científicos, como la locomoción en una dirección, volvería a ensamblar continuamente unos cientos de células simuladas en diferentes formas y formas corporales. A medida que se ejecutaban los programas, los organismos simulados más exitosos se mantuvieron y refinaron. El algoritmo se ejecutó de forma independiente cien veces y se eligieron los mejores diseños para la prueba.

El equipo de Tufts, dirigido por Levin y con la ayuda del microcirujano Douglas Blackiston, retomó el proyecto. Transfirieron los diseños a la siguiente etapa, que era la vida. El equipo recolectó células madre que fueron extraídas de embriones de ranas africanas, la especie Xenopus laevis. A continuación, las células individuales se separaron y se dejaron incubar. El equipo usó unas pinzas diminutas y un electrodo para cortar las células y unirlas bajo un microscopio en los diseños creados por la computadora.

Las células se ensamblaron en formas corporales completamente nuevas y comenzaron a trabajar juntas. Las células de la piel se desarrollaron en una construcción más pasiva y las células del músculo cardíaco fueron responsables de crear un movimiento ordenado hacia adelante guiado por el diseño de la computadora. Los robots pudieron moverse por sí mismos debido a los patrones de autoorganización espontáneos.

Los organismos eran capaces de moverse de forma coherente y duraban días o semanas explorando su entorno acuoso. Se basaron en las reservas de energía embrionarias, pero fallaron una vez que se volcaron sobre sus espaldas. 

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

Dado que los xenobots son tecnologías vivas, tienen ciertas ventajas. 

“La desventaja del tejido vivo es que es débil y se degrada”, dice Bongard. “Por eso usamos acero. Pero los organismos tienen 4.5 millones de años de práctica para regenerarse y continúan durante décadas. Estos xenobots son totalmente biodegradables”, continúa. “Cuando terminan con su trabajo después de siete días, son solo células muertas de la piel”.

Estos desarrollos tendrán grandes implicaciones para el futuro. 

“Si la humanidad va a sobrevivir en el futuro, debemos comprender mejor cómo las propiedades complejas, de alguna manera, emergen de reglas simples”, dice Levin. “Gran parte de la ciencia se centra en controlar las reglas de bajo nivel. También necesitamos entender las reglas de alto nivel. Si quisieras un hormiguero con dos chimeneas en lugar de una, ¿cómo modificas las hormigas? No tendríamos idea.

“Creo que es una necesidad absoluta para que la sociedad en el futuro tenga un mejor manejo de los sistemas donde el resultado es muy complejo. Un primer paso para hacerlo es explorar: ¿cómo deciden los sistemas vivos cuál debe ser un comportamiento general y cómo manipulamos las piezas para obtener los comportamientos que queremos?

“Este estudio es una contribución directa para controlar lo que la gente teme, que son las consecuencias no deseadas, ya sea en la rápida llegada de automóviles autónomos, el cambio de impulsores genéticos para eliminar linajes completos de virus o los muchos otros complejos. y sistemas autónomos que moldearán cada vez más la experiencia humana”.

“Hay toda esta creatividad innata en la vida”, dice Josh Bongard de UVM. “Queremos entender eso más profundamente, y cómo podemos dirigirlo y empujarlo hacia nuevas formas”.