En otra vida, si se les hubiera permitido seguir su desarrollo natural, las células madre tomadas de las ranas embrionarias se habrían convertido en piel y tejido cardíaco dentro de animales vivos que respiran.
En cambio, en configuraciones diseñadas por algoritmos y construidas por humanos, esas células se han ensamblado en algo nuevo: los primeros robots construidos completamente a partir de células vivas.
Los creadores los han llamado xenobots; Pequeñas gotas de tamaño submilimétrico que contienen entre 500 y 1,000 células que han sido capaces de desplazarse a través de una placa de Petri, autoorganizarse e incluso transportar cargas útiles diminutas. Estos xenobots son diferentes a cualquier organismo vivo u órgano que hayamos encontrado o creado hasta la fecha.
Las posibilidades de máquinas de vida personalizadas diseñadas para una variedad de propósitos, desde la entrega dirigida de medicamentos hasta la remediación ambiental, son bastante alucinantes.
"Estas son máquinas vivientes novedosas" dijo el informático y robotista Joshua Bongard 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".
El diseño de los xenobots requirió el uso de una supercomputadora y un algoritmo que virtualmente podría reunir unos cientos de células de corazón y piel de rana en diferentes configuraciones (algo así como los ladrillos LEGO) y simular los resultados.
Los científicos asignarían un resultado deseado, como la locomoción, y el algoritmo crearía diseños candidatos destinados a producir ese resultado. El algoritmo diseñó miles de configuraciones de células, con diferentes niveles de éxito.
Las configuraciones de células menos exitosas fueron descartadas, y las más exitosas se mantuvieron y refinaron, hasta que fueron tan buenas como iban a ser.
Luego, el equipo seleccionó los diseños más prometedores para construir físicamente a partir de células recolectadas de ranas africanas embrionarias (Xenopus laevis) Este fue un trabajo minucioso, usando pinzas microscópicas y un electrodo.
Cuando finalmente se juntaron, las configuraciones pudieron moverse, según las simulaciones. Las células de la piel actúan como una especie de andamiaje para mantener todo unido, mientras que las contracciones de los músculos de las células del corazón se ponen a trabajar para impulsar los xenobots.
Estas máquinas se movieron en un entorno acuoso durante hasta una semana sin la necesidad de nutrientes adicionales, alimentados por sus propias reservas de energía 'precargadas' en forma de lípidos y proteínas.
Un diseño tenía un agujero en el medio en un intento de reducir la resistencia. Este agujero podría ser exigido
(Kriegman et al., PNAS, 2019)
Los xenobots también movieron objetos en el mundo real. Cuando su entorno se dispersó con partículas, los xenobots trabajaron juntos de manera espontánea, moviéndose en un movimiento circular para empujar las partículas hacia un punto.
Es un trabajo fascinante. Según los investigadores, sus esfuerzos pueden proporcionar información invaluable sobre cómo las células se comunican y trabajan juntas.
"Miras las células con las que hemos estado construyendo nuestros xenobots y, genómicamente, son ranas. Es 100 por ciento de ADN de rana, pero estas no son ranas. Luego preguntas, bueno, ¿qué más son capaces de construir estas células? ? " dijo el biólogo Michael Levin de la Universidad de Tufts.
"Como hemos demostrado, estas células de rana pueden ser inducidas a crear formas vivas interesantes que son completamente diferentes de lo que sería su anatomía predeterminada".
Aunque el equipo los llama "vivos", eso puede depender de cómo se definan las criaturas vivientes. Estos xenobots no pueden evolucionar por sí solos, no hay órganos reproductivos y no pueden multiplicarse.
Cuando las células se quedan sin nutrientes, los xenobots simplemente se convierten en un pequeño grupo de células muertas. (Esto también significa que son biodegradables, lo que les da otra ventaja sobre los robots de metal y plástico).
Aunque el estado actual de los xenobots es relativamente inofensivo, existe la posibilidad de que el trabajo futuro incorpore células del sistema nervioso o las convierta en armas biológicas. A medida que este campo de investigación crezca, será necesario escribir, aplicar y cumplir con las pautas de regulación y ética.
Pero también hay mucho potencial bueno.
"Podemos imaginar muchas aplicaciones útiles de estos robots vivos que otras máquinas no pueden hacer". Dijo Levin, "como buscar compuestos desagradables o contaminación radiactiva, recolectar microplásticos en los océanos, viajar en arterias para raspar la placa".
La investigación ha sido publicada en PNAS, y el equipo ha hecho que su código fuente esté disponible gratuitamente en Github.