Hvis reproduktion er kendetegnet for liv, så kan verdens første 'levende robotter' netop være trådt ud af en petriskål i Burlington, Vermont. Indrømmet, 'trådt ud' kan være en overdrivelse (de AI-designede 'xenobots' rullede rundt uceremonielt i skålen i stedet), men de formåede at opnå noget ganske bemærkelsesværdigt i processen. De små Pac-Man-formede væsener samlede frøers stamceller fra opløsningen, hvori de svømmede, og byggede kopier af sig selv – og størrelsen af det kan ikke overvurderes.
Holdet ansvarligt for udviklingen – fra University of Vermont, Tufts University og Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ved Harvard University – byggede videre på forskning, de afslørede sidste år, da de skabte de første robotter nogensinde, der udelukkende var konstrueret af levende celler (cellerne blev taget fra frøembryoner). Selvom disse indledende robotter var rent organiske i struktur, blev de ikke betragtet som levende organismer, da de ikke havde evnen til at selvreplikere – en af de mest fundamentale egenskaber ved et levende væsen.
Det hele ændrede sig i år.
Nye livsformer
I et forsøg på at bringe liv til deres xenobots engagerede Sam Kriegman, Ph.D., medleder af teamet, AI'en ved University of Vermont og bad den om at designe en xenobot-forældrestruktur. 'AI'en kom op med nogle mærkelige designs efter måneders arbejde,' siger Kriegman, 'inklusive et, der lignede Pac-Man. Det er meget ikke-intuitivt. Det ser meget enkelt ud, men det er ikke noget, en menneskelig ingeniør ville komme op med. Hvorfor én lille mund? Hvorfor ikke fem?'
På trods af spørgsmål om AI'ens foreslåede design blev disse resultater alligevel brugt til at bygge en forælder-xenobot. Denne forælder formåede at bygge børn og fortsatte med at bygge børnebørn. Skræmmende ting – ikke kun at vi har skabt en selvreplikerende robot, men at en anden, som vi byggede (en AI), designede den for os. 'Folk har i lang tid troet, at vi har fundet ud af alle måder, hvorpå liv kan reproducere eller replikere,' siger Douglas Blackiston, Ph.D., som samlede xenobot-forældrene, 'men dette er noget, der aldrig er blevet observeret før.'
Nu kan tanken om menneskeskabte, selvreplikerende væsener måske give nogle mennesker kuldegysninger, men vi behøver ikke bekymre os om Pac-Man-lignende angribere, der overtager planeten lige foreløbig. Selvreplikationssystemet, der anvendes af xenobotterne, er ikke fuldt udviklet, og processen dør ud efter et par generationer. Ikke desto mindre er implikationerne af denne bioteknologiske fremgang enormt dybtgående, især når det kommer til medicin.
Xenobots og regenerativ medicin
Regenerativ medicin er en betegnelse, der dækker over behandlinger, der retter sig mod beskadiget væv og fokuserer i høj grad på selektiv celleudskiftning og -reparation. Med det primære formål at forynge opfattes det ofte som anti-aging medicin. Dog er det, der holder os tilbage fra at udvikle det effektivt, vores manglende evne til præcist at fortælle cellerne, hvad vi ønsker, de skal gøre.
Arbejdet, der udføres ved University of Vermont, har netop bragt os meget tættere.
De embryonale frøceller, som xenobotterne samlede, ville normalt have udviklet sig til frøhud, men i hænderne på Vermont-holdet blev cellerne omfordelt. 'Vi sætter dem i en ny kontekst,' siger Michael Levin, Ph.D., medleder af forskningen. 'Vi giver dem en chance for at genopfinde deres multicellularitet.'
Selvom cellerne havde en frøgenom, var de frigjort fra enhver forudbestemt biologisk vej og kunne bruge deres kollektive genetiske intelligens til at opnå noget helt andet. 'Vi arbejder på at forstå denne egenskab,' siger Bongard. 'Det er vigtigt, for samfundet som helhed, at vi studerer og forstår, hvordan dette fungerer.'
Ja, faktisk. Når vi kombinerer vores stigende forståelse af cellestruktur med en AI's evne til at skabe biologiske værktøjer efter behov, kan vi snart få langt mere kontrol over vores egne celler end nogensinde før – forskningen udført af Vermont-holdet giver os mulighed for at bekæmpe de skader, der opstår ved cellulær aldring, og øge menneskelig levetid.
‘Hvis vi vidste, hvordan vi kunne få samlinger af celler til at gøre, hvad vi ønskede, at de skulle gøre, så er det i sidste ende regenerativ medicin,’ siger Levin. ‘Det er løsningen på traumatiske skader, fødselsdefekter, kræft og aldring. Alle disse forskellige problemer eksisterer, fordi vi ikke ved, hvordan vi skal forudsige og kontrollere, hvad grupper af celler vil bygge. Xenobots er en ny platform, der kan lære os dette.’
Gøre anti-aldringsteknologi til virkelighed
På dette tidlige stadie er det svært at forstå de potentielle anvendelser af xenobots. 'Alt, hvad vi kan gøre, er at overveje de fordele, denne teknologi har i forhold til traditionelle robotter,' siger Bongard, 'hvilket er, at de er små, biologisk nedbrydelige og trives i vand.' Selvom det måske gør dem gode til landbrug, produktion af dyrket kød eller billig vandafsaltning, er der ingen tvivl om, at anti-aging teknologi vil være et af de vigtigste områder for fremtidig forskning. Udsigten til at fjerne aldersrelaterede sygdomme fra historiebøgerne vil helt sikkert være fristende nok for ethvert forskerteam, før man overhovedet tænker på de økonomiske belønninger.
Regenerativ medicin er måske ikke lige om hjørnet endnu, men med fremkomsten af selvreplikerende xenobots har vi bestemt taget et stort skridt i den retning. Med muligheden for, at vores egne celler kan omprogrammeres til at bekæmpe aldringens kendetegn, vil vi ikke kun leve længere, men også kunne nyde det mere – du kunne forblive fit og smuk langt ind i dine trehundrede år. Så næste gang du spiller Pac-Man, bør du måske tage det lidt mere seriøst, fordi dens fætter, xenobotten, kunne bringe livets eliksir til dig i en ikke alt for fjern fremtid.
Referencer:
1. R. D. Kamm et al., Perspektiv: Løftet om multi-cellulære konstruerede levende systemer. APL Bioeng. 2, 040901 (2018).
2. D. Blackiston et al., En cellulær platform til udvikling af syntetiske levende maskiner. Sci. Robot. 6, eabf1571 (2021).
3. J. Losner, K. Courtemanche, J. L. Whited, En tværartsanalyse af systemiske mediatorer for reparation og kompleks vævsregenerering. NPJ Regen. Med. 6, 21 (2021).
4. S. Kriegman, D. Blackiston, M. Levin, J. Bongard, en skalerbar pipeline til design af rekonfigurerbare organismer. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 117, 1853–1859 (2020).
5. V. Zykov, E. Mytilinaios, B. Adams, H. Lipson, Robotik: Selv-reproducerende maskiner. Nature 435, 163–164 (2005).
6. Z. Qu et al., Mod højtydende mikroskala batterier: Konfigurationer og optimering af elektrode materialer ved hjælp af in-situ analytiske platforme. Energy Storage Mater. 29, 17–41 (2020).
7. Q. Wu et al., Organ-on-a-chip: Seneste gennembrud og fremtidige udsigter. Biomed. Eng. Online 19, 9 (2020).
8. E. Garreta et al., Gentænkning af organoidteknologi gennem bioengineering. Nat. Mater. 20, 145–155 (2021).
9. Y. Han et al., Mesenkymale stamceller til regenerativ medicin. Cells 8, 886 (2019).
10. S. F. Gilbert, S. Sarkar, Omfavne kompleksitet: Organisme for det 21. århundrede. Dev. Dyn. 219, 1–9 (2000).
11. G. S. Hussey, J. L. Dziki, S. F. Badylak, Ekstracellulære matrixbaserede materialer til regenerativ medicin. Nat. Rev. Mater. 3, 159–173 (2018).
