Un equipo de científicos ha reutilizado células vivas, raspadas de embriones de rana, y las ha reunido en formas de vida completamente nuevas. Estos, denominados "xenobots" de un milímetro de ancho pueden moverse hacia un objetivo. Es probable que puedan levantar una carga útil y, en el futuro, sean utilizadas para llevar medicamento a lugares específicos dentro de un paciente. También podrían curarse a sí mismos después de ser cortados.
Estas nuevas criaturas fueron diseñadas en una supercomputadora en UVM, luego ensambladas y probadas por biólogos en la Universidad de Tufts.
Los investigadores ya están imaginando las muchas aplicaciones útiles que pueden tener estos robots vivos y las cosas que otras máquinas no pueden hacer. Entre sus posibles tareas están buscar compuestos desagradables o contaminación radiactiva, recolectar microplásticos en los océanos, viajar por arterias llevando medicamentos o para raspar las grasas.
Sistemas vivos a medida
Se sabe que hemos estado manipulando organismos para beneficio humano desde los albores de la agricultura; la edición genética se está generalizando y se han ensamblado algunos organismos artificiales en los últimos años, copiando las formas corporales de animales conocidos.
Sin embargo, lo que diferencia a esta investigación, es el hecho de que, por primera vez, se ha diseñado una máquinas completamente biológica desde cero.
Pero el trabajo no ha sido tan simple. Se ha invertido meses de procesamiento en el clúster de supercomputadora Deep Green en el Vermont Advanced Computing Core de UVM. En esas simulaciones se utilizó un algoritmo evolutivo para crear miles de diseños candidatos para las nuevas formas de vida. A estos candidatos se les asignaba tareas como la locomoción en una dirección, lo cual lo intentaban una y otra vez; los volvían a ensamblar con cientos de células y en formas corporales diversas. A medida que se ejecutaban los programas, impulsados por reglas básicas sobre la biofísica de lo que la piel de rana y las células cardíacas pueden hacer, 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 en vivo.
Luego, el equipo transfirió los diseños simulados a la vida. Primero recolectaron células madre, cosechadas de los embriones de ranas africanas, la especie Xenopus laevis (De ahí el nombre de "xenobots"). Estos se separaron en células individuales y se dejaron incubar. Posteriomente, usando unas pinzas diminutas y un electrodo aún más pequeño, las células se cortaron y unieron bajo un microscopio en una aproximación muy cercana de los diseños especificados por la computadora.
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 contracciones una vez aleatorias de las células del músculo cardíaco se pusieron a trabajar creando un movimiento ordenado hacia adelante según lo guiado por el diseño de la computadora, y ayudado por patrones espontáneos de autoorganización, lo que permite a los robots moverse propio.
Se demostró que estos organismos reconfigurables pueden moverse de manera coherente y explorar su entorno acuoso durante días o semanas, impulsados por depósitos de energía embrionaria. Sin embargo, volcados, fallaron, como escarabajos volteados sobre sus espaldas.
Pruebas posteriores mostraron que grupos de xenobots se moverían en círculos, empujando 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, los científicos pudieron reutilizar este agujero como una bolsa para transportar con éxito un objeto.
Los científicos consideran que el estudio es un paso hacia el uso de organismos diseñados por computadora para la entrega inteligente de medicamentos.
La investigación ha sido desarrollada en el Departamento de Ciencias de la Computación y Centro de Sistemas Complejos de UVM de la Universidad de Tufts. Los resultados de la nueva investigación se publicaron en Proceedings of the National Academy of Sciences.