Construyen los primeros robots vivos a partir de células de rana

Un equipo de científicos ha reutilizado células vivas procedentes de embriones de rana y las ha reunido en formas de vida completamente nuevas. Estos 'xenobots' (robots biológicos) de un milímetro de ancho pueden moverse hacia un objetivo, tal vez llevar una carga útil (como un medicamento) y curarse a sí mismos después de ser cortados. «Son máquinas vivas novedosas», dice Joshua Bongard, un experto en informática y robótica de la Universidad de Vermont (UVM), que ha coliderado el proyecto cuyos resultados publica la revista 'Procceedings of the National academy of Sciences'. «No son un robot tradicional ni una especie conocida de animales. Son una nueva clase de artefactos: un organismo vivo y programable».

Las nuevas criaturas fueron diseñadas en una supercomputadora en UVM, y luego ensambladas y probadas por biólogos de la Universidad de Tufts. «Podemos imaginar muchas aplicaciones útiles de estos robots vivos que otras máquinas no pueden hacer, como buscar compuestos desagradables o contaminación radiactiva, recolectar microplásticos en los océanos, viajando en arterias para raspar la placa», dice Michael Levin, director el Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo en Tufts.

El ser humano ha estado manipulando organismos para su beneficio desde al menos 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, pero esta investigación, por primera vez, «diseña máquinas completamente biológicas desde cero», escribe el equipo en su nuevo estudio. Con meses de tiempo de procesamiento del supercomputador Deep Green de la UVM, el equipo utilizó un algoritmo evolutivo para crear miles de diseños candidatos para las nuevas formas de vida. Intentando lograr una tarea asignada por los científicos, como la locomoción en una dirección, la computadora, una y otra vez, volvería a ensamblar unos cientos de células simuladas en una miríada de formas y formas corporales. 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.

Luego, el equipo de Tufts, dirigido por Levin y con el trabajo clave del microcirujano Douglas Blackiston, transfirió los diseños 'in silico' a la vida. Primero recolectaron células madre, cosechadas de los embriones de ranas africanas, la especie 'Xenopus laevis' (de ahí el nombre de 'xenobots'). Después, usando unas pinzas diminutas y un electrodo aún 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 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 que los robots se muevan sobre su 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 central para reducir la resistencia. En versiones simuladas de estos, los científicos pudieron reutilizar este agujero como una bolsa para transportar con éxito un objeto. «Es un paso hacia el uso de organismos diseñados por computadora para la entrega inteligente de medicamentos», dice Bongard, profesor del Departamento de Ciencias de la Computación y Centro de Sistemas Complejos de UVM.