Τα «ζωντανά ρομπότ» σχεδιασμένα από AI παρέχουν μια πιθανή νέα βάση για την αναγεννητική ιατρική

Αν η αναπαραγωγή είναι το χαρακτηριστικό της ζωής, τότε τα πρώτα «ζωντανά ρομπότ» του κόσμου μπορεί να έχουν μόλις βγει από ένα τρυβλίο Petri στο Burlington, Vermont. Αναμφίβολα, το «βγήκαν» μπορεί να είναι υπερβολή, (τα σχεδιασμένα από AI «xenobots» κυλίστηκαν αδέξια στο τρυβλίο αντί γι' αυτό) ωστόσο, κατάφεραν να επιτύχουν κάτι αρκετά αξιοσημείωτο στη διαδικασία. Τα μικροσκοπικά πλάσματα σε σχήμα Pac-Man συγκέντρωσαν βλαστοκύτταρα βατράχου από το διάλυμα στο οποίο κολυμπούσαν και δημιούργησαν αντίγραφα του εαυτού τους – και το μέγεθος αυτού δεν μπορεί να υπερεκτιμηθεί.

Η ομάδα που είναι υπεύθυνη για την ανάπτυξη – από το Πανεπιστήμιο του Βερμόντ, το Πανεπιστήμιο Tufts και το Ινστιτούτο Wyss για Βιολογικά Εμπνευσμένη Μηχανική στο Πανεπιστήμιο Harvard – βασίστηκε σε έρευνα που αποκάλυψαν πέρυσι όταν δημιούργησαν τα πρώτα ρομπότ που κατασκευάστηκαν εξ ολοκλήρου από ζωντανά κύτταρα (τα κύτταρα που χρησιμοποιήθηκαν προήλθαν από έμβρυα βατράχων). Αν και αυτά τα αρχικά ρομπότ ήταν καθαρά οργανικά στη δομή τους, δεν θεωρούνταν ζωντανοί οργανισμοί καθώς δεν είχαν την ικανότητα να αυτοαναπαράγονται – ένα από τα πιο θεμελιώδη χαρακτηριστικά ενός ζωντανού πλάσματος.

Όλα αυτά άλλαξαν φέτος.

Νέες Μορφές Ζωής

Σε μια προσπάθεια να δώσουν ζωή στα ξενόμποτ τους, ο Sam Kriegman, Ph.D., συν-ηγέτης της ομάδας, συνεργάστηκε με την AI στο Πανεπιστήμιο του Βερμόντ και της ζήτησε να σχεδιάσει μια δομή γονέα ξενόμποτ. «Η AI κατέληξε σε μερικά παράξενα σχέδια μετά από μήνες δουλειάς», λέει ο Kriegman, «συμπεριλαμβανομένου ενός που έμοιαζε με τον Pac-Man. Είναι πολύ μη διαισθητικό. Φαίνεται πολύ απλό, αλλά δεν είναι κάτι που θα σκεφτόταν ένας ανθρώπινος μηχανικός. Γιατί ένα μικροσκοπικό στόμα; Γιατί όχι πέντε;»

Παρά τις ερωτήσεις σχετικά με τον προτεινόμενο σχεδιασμό της AI, αυτά τα αποτελέσματα χρησιμοποιήθηκαν παρ' όλα αυτά για την κατασκευή ενός γονικού ξενόμποτ. Αυτός ο γονέας κατάφερε να δημιουργήσει παιδιά και συνέχισε να δημιουργεί εγγόνια. Τρομακτικά πράγματα – όχι μόνο ότι έχουμε δημιουργήσει ένα ρομπότ που αυτοαναπαράγεται, αλλά ότι ένα άλλο που κατασκευάσαμε (μια AI) το σχεδίασε για εμάς. «Οι άνθρωποι έχουν σκεφτεί για αρκετό καιρό ότι έχουμε ανακαλύψει όλους τους τρόπους με τους οποίους η ζωή μπορεί να αναπαραχθεί ή να αναπαραχθεί», λέει ο Douglas Blackiston, Ph.D., ο οποίος συναρμολόγησε τους γονείς ξενόμποτ, «αλλά αυτό είναι κάτι που δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ πριν.»

Τώρα, η ιδέα των τεχνητών, αυτοαναπαραγόμενων πλασμάτων μπορεί να προκαλέσει ρίγη σε μερικούς ανθρώπους, ωστόσο, δεν χρειάζεται να ανησυχούμε για εισβολείς τύπου Pac-Man που θα καταλάβουν τον πλανήτη προς το παρόν. Το σύστημα αυτοαναπαραγωγής που χρησιμοποιείται από τα ξενόμποτ δεν είναι πλήρως υλοποιημένο, με τη διαδικασία να εξαντλείται μετά από μερικές γενιές. Παρ' όλα αυτά, οι επιπτώσεις αυτής της βιοτεχνολογικής προόδου είναι εξαιρετικά σημαντικές, ειδικά όσον αφορά την ιατρική.

Ξενομπότ και Αναγεννητική Ιατρική 

Η αναγεννητική ιατρική είναι ένας όρος που καλύπτει θεραπείες που στοχεύουν σε κατεστραμμένους ιστούς, επικεντρώνοντας κυρίως στην επιλεκτική αντικατάσταση και επιδιόρθωση κυττάρων. Με κύριο σκοπό την αναζωογόνηση, συχνά θεωρείται ως ιατρική κατά της γήρανσης. Ωστόσο, αυτό που μας εμποδίζει να την αναπτύξουμε αποτελεσματικά είναι η αδυναμία μας να πούμε με ακρίβεια στα κύτταρα τι θέλουμε να κάνουν.

Η εργασία που γίνεται στο Πανεπιστήμιο του Βερμόντ μας έφερε πολύ πιο κοντά.

Τα εμβρυϊκά κύτταρα βατράχου που συγκέντρωσαν οι ξενόμποτς κανονικά θα είχαν αναπτυχθεί σε δέρμα βατράχου, ωστόσο, στα χέρια της ομάδας του Βερμόντ, τα κύτταρα επαναπροσδιορίστηκαν. «Τα τοποθετούμε σε ένα νέο πλαίσιο», λέει ο Michael Levin, Ph.D., συν-ηγέτης της έρευνας. «Τους δίνουμε την ευκαιρία να επαναπροσδιορίσουν τη πολυκυτταρικότητά τους.»

Αν και τα κύτταρα είχαν το γονιδίωμα ενός βατράχου, ήταν απαλλαγμένα από οποιαδήποτε προκαθορισμένη βιολογική πορεία και μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν τη συλλογική γενετική τους νοημοσύνη για να επιτύχουν κάτι εντελώς διαφορετικό. «Εργαζόμαστε για να κατανοήσουμε αυτή την ιδιότητα», λέει ο Bongard. «Είναι σημαντικό, για την κοινωνία στο σύνολό της, να μελετήσουμε και να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί αυτό.»

Πράγματι. Όταν συνδυάζουμε την αυξανόμενη κατανόησή μας για τη δομή των κυττάρων με την ικανότητα μιας AI να δημιουργεί βιολογικά εργαλεία κατά παραγγελία, μπορεί σύντομα να έχουμε πολύ μεγαλύτερο έλεγχο πάνω στα δικά μας κύτταρα από ποτέ άλλοτε – η έρευνα που διεξάγεται από την ομάδα του Vermont μας παρέχει τη δυνατότητα να καταπολεμήσουμε τις καταστροφές της κυτταρικής γήρανσης και να αυξήσουμε τη μακροζωία του ανθρώπου.

«Αν ξέραμε πώς να πούμε σε συλλογές κυττάρων να κάνουν αυτό που θέλουμε να κάνουν, τελικά, αυτό είναι η αναγεννητική ιατρική», λέει ο Levin. «Αυτή είναι η λύση για τραυματικές βλάβες, γενετικές ανωμαλίες, καρκίνο και γήρανση. Όλα αυτά τα διαφορετικά προβλήματα υπάρχουν επειδή δεν ξέρουμε πώς να προβλέψουμε και να ελέγξουμε τι πρόκειται να κατασκευάσουν οι ομάδες κυττάρων. Τα Xenobots είναι μια νέα πλατφόρμα που μας διδάσκει.»

Κάνοντας την Τεχνολογία Αντιγήρανσης Πραγματικότητα

Σε αυτό το πρώιμο στάδιο, είναι δύσκολο να κατανοήσουμε πραγματικά τις πιθανές εφαρμογές των ξενόμποτ. «Το μόνο που μπορούμε να κάνουμε είναι να εξετάσουμε τα πλεονεκτήματα που έχει αυτή η τεχνολογία σε σχέση με τα παραδοσιακά ρομπότ», λέει ο Bongard, «που είναι ότι είναι μικρά, βιοδιασπώμενα και ευτυχισμένα στο νερό». Ενώ αυτό μπορεί να τα καθιστά κατάλληλα για γεωργία, παραγωγή καλλιεργημένου κρέατος ή χαμηλού κόστους αφαλάτωση νερού, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η τεχνολογία κατά της γήρανσης θα είναι ένας από τους κύριους τομείς μελλοντικής έρευνας. Η προοπτική να εξαλειφθούν οι ασθένειες που σχετίζονται με την ηλικία από τα βιβλία της ιστορίας είναι σίγουρα αρκετά δελεαστική για οποιαδήποτε ερευνητική ομάδα, πριν καν σκεφτείτε τις οικονομικές ανταμοιβές.

Η αναγεννητική ιατρική μπορεί να μην είναι ακόμα στον ορίζοντα, αλλά με την έλευση των αυτοαναπαραγόμενων ξενόμποτ, έχουμε σίγουρα κάνει ένα τεράστιο άλμα προς αυτήν. Με τη δυνατότητα να επαναπροσδιοριστούν τα δικά μας κύτταρα για να καταπολεμήσουν τα χαρακτηριστικά της γήρανσης, όχι μόνο θα ζούμε περισσότερο, αλλά θα μπορούμε να το απολαμβάνουμε περισσότερο – θα μπορούσατε να παραμείνετε σε φόρμα και αρκετά καλά μέχρι τα τριακόσια σας. Έτσι, ίσως θελήσετε να πάρετε το Pac-Man λίγο πιο σοβαρά την επόμενη φορά που θα το παίξετε, γιατί ο ξάδελφός του, το ξενόμποτ, θα μπορούσε να σας φέρει το ελιξίριο της ζωής στο όχι και τόσο μακρινό μέλλον.

Αναφορές:

1. R. D. Kamm et al., Προοπτική: Η υπόσχεση των πολυκυτταρικών μηχανικών ζωντανών συστημάτων. APL Bioeng. 2, 040901 (2018).

2. D. Blackiston et al., A cellular platform for the development of synthetic living machines. Sci. Robot. 6, eabf1571 (2021).

3. J. Losner, K. Courtemanche, J. L. Whited, Μια δια-ειδική ανάλυση των συστημικών μεσολαβητών της επιδιόρθωσης και της αναγέννησης σύνθετων ιστών. NPJ Regen. Med. 6, 21 (2021).

4. S. Kriegman, D. Blackiston, M. Levin, J. Bongard, Μια κλιμακούμενη διαδικασία για το σχεδιασμό αναδιαμορφώσιμων οργανισμών. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 117, 1853–1859 (2020).

5. V. Zykov, E. Mytilinaios, B. Adams, H. Lipson, Ρομποτική: Αυτοαναπαραγόμενες μηχανές. Nature 435, 163–164 (2005).

6. Z. Qu et al., Προς υψηλής απόδοσης μικροκλίμακας μπαταρίες: Διαμορφώσεις και βελτιστοποίηση υλικών ηλεκτροδίων μέσω πλατφορμών αναλυτικής in-situ. Energy Storage Mater. 29, 17–41 (2020).

7. Q. Wu et al., Organ-on-a-chip: Πρόσφατες ανακαλύψεις και μελλοντικές προοπτικές. Biomed. Eng. Online 19, 9 (2020).

8. E. Garreta et al., Επανεξέταση της τεχνολογίας οργανοειδών μέσω της βιομηχανικής. Nat. Mater. 20, 145–155 (2021).

9. Y. Han et al., Μεσεγχυματικά βλαστοκύτταρα για αναγεννητική ιατρική. Cells 8, 886 (2019).

10. S. F. Gilbert, S. Sarkar, Embracing complexity: Organicism for the 21st century. Dev. Dyn. 219, 1–9 (2000).

11. G. S. Hussey, J. L. Dziki, S. F. Badylak, Υλικά βασισμένα στη θεμέλια ουσία για αναγεννητική ιατρική. Nat. Rev. Mater. 3, 159–173 (2018).