Científicos crean primeros “robots” a partir de células animales

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Estos organismos preprogramados prometen grandes avances, desde el suministro de medicamentos en partes específicas del cuerpo humano hasta la limpieza de desechos tóxicos en el medioambiente.

Un equipo de científicos estadounidenses, con el apoyo financiero de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa (DARPA, por sus siglas en inglés), ha logrado crear los primeros robots vivientes en la historia, a partir de células vivas de embriones de rana. Se trata de una forma de vida completamente nueva: “Son novedosas máquinas vivientes”, explica Joshua Bongard, uno de los autores de la investigación y experto en informática y robótica de la Universidad de Vermont.

No son un robot tradicional, ni una especie conocida de animales. Es una nueva clase de artefactos: un organismo vivo y programable”, afirma este científico.

Estas nuevas criaturas fueron diseñadas en una supercomputadora por Bongard y su colega Sam Kriegman, en la Universidad de Vermont, y luego ensambladas y probadas por los biólogos Douglas Blackiston y Michael Levin en la Universidad de Tufts.

Organismo cuadrúpedo – Robot realizado a partir de células vivas

Los resultados de esta nueva investigación —que por primera vez “diseña máquinas completamente biológicas desde cero”— fueron publicados este 13 de enero en la revista especializada PNAS.

¿Para qué sirven?

Estos ‘xenobots’ de un milímetro de ancho, capaces de moverse hacia un objetivo y de curarse a sí mismos después de ser cortados, podrían trasladar una carga útil, como por ejemplo un fármaco que deba llevarse a un lugar específico dentro de un paciente.

“Podemos imaginar para estos robots vivos muchas aplicaciones útiles que otras máquinas no pueden hacer”, afirma otro autor de la investigación, Michael Levin, jefe del Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo en Tufts. Entre ellas, buscar partículas contaminadas con radiación, recolectar microplástico en los océanos, viajar por las arterias y limpiarlas.

“Es un paso hacia el uso de organismos diseñados por computadora para la entrega inteligente de medicamentos“, añade Bongard.

¿Cómo los crearon?

Durante meses de procesamiento en el clúster de supercomputadoras Deep Green, en la Universidad de Vermont, los informáticos utilizaron un algoritmo evolutivo para crear miles de posibles diseños para estas nuevas formas de vida.

La computadora estuvo ensamblando cientos de células simuladas en innumerables formas y resultados corporales, intentando lograr la tarea asignada por los científicos: la locomoción en una dirección. Se seleccionaron los diseños más prometedores para la prueba.

Luego, el equipo de Tufts transfirió los diseños a formas vivas. Primero recolectaron células madre de los embriones de ranas africanas, de la especie Xenopus laevis (de ahí el nombre de ‘xenobots’). Las separaron en células individuales y las dejaron incubar. Luego, usando unas pinzas y un electrodo diminutos, las células fueron cortadas y unidas bajo un microscopio, en una aproximación cercana a los diseños elaborados por la computadora.

Una vez ensambladas, las células comenzaron a trabajar juntas. Se utilizaron dos tipos de células de rana: de la piel, que formaron una arquitectura más pasiva, y del músculo cardíaco, que experimentaron las contracciones. Gracias a estas últimas, se creó un movimiento ordenado hacia adelante, según lo guiado por el diseño de la computadora, que permite que los robots se muevan por sí mismos.

Se demostró que los ‘xenobots’ pueden moverse de manera coherente y explorar un entorno acuoso durante días o semanas, impulsados por depósitos de energía embrionaria.

Pruebas posteriores demostraron que los grupos de estas ‘máquinas vivas’ se movían en círculos, empujando los gránulos hacia una ubicación central. Algunos de los ‘xenobots’ fueron construidos con un agujero en el centro para reducir la resistencia. En versiones simuladas de estos, los científicos pudieron utilizar ese agujero como ‘depósito’ para transportar con éxito una sustancia u objeto.

Usando pinzas de tejido, unió un tejido de células individuales

El biólogo Michael Levin y la microcirugía Douglas Blackiston de la Universidad Tufts cerca de Boston realizaron este trabajo exigente. Obtuvieron las células madre y las células progenitoras cardíacas de los primeros embriones de la rana con garras africanas Xenopus laevis , de ahí el nombre de “Xenobots” para las criaturas. Después de haber cultivado y cultivado las células madre, Blackiston usó micro pinzas y un electrodo igualmente pequeño para ensamblarlos en tejido, lo más cerca posible de acuerdo con los planos que las computadoras habían publicado anteriormente. Los precursores de las células del músculo cardíaco fueron incrustados en estas estructuras envolventes: el Xenobot estaba listo.

En la placa de Petri, algunas de las criaturas grisáceas de poco más de medio milímetro realmente comenzaron a moverse. Las reservas de energía embrionaria de las células les sirvieron como combustible. Según los investigadores, durarían “días o semanas” sin la necesidad de nutrientes adicionales. Sin embargo, si los científicos volcaron los bots, ya no podrían moverse, como un escarabajo que yace indefenso sobre su espalda. “Esto sugiere que el movimiento no se produjo accidentalmente, sino por la forma que se les dio”, escriben.

Xenobots podría ayudar a encontrar células cancerosas

Él y sus colegas pueden presentar diferentes aplicaciones. Xenobots podría administrar medicamentos a áreas específicas del cuerpo humano o eliminar placas arterioscleróticas del interior de las arterias. Pero también podrían ser útiles para eliminar los desechos tóxicos o radiactivos, escriben los científicos. Y con el rápido desarrollo del aprendizaje automático o la impresión 3D de telas, pronto se abrirán muchas más opciones. Ya sueñan con equipar a los xenobots con proteínas, por ejemplo, para reconocer las células cancerosas, o hacer que se reproduzcan para que puedan usarse en el cuerpo durante mucho tiempo.