Αν η αναπαραγωγή είναι το χαρακτηριστικό γνώρισμα της ζωής, τότε τα πρώτα «ζωντανά ρομπότ» του κόσμου μπορεί να έχουν μόλις βγει από ένα πιάτο Petri στο Burlington, Vermont. Ομολογουμένως, το «βγήκαν» μπορεί να είναι υπερβολή, (τα σχεδιασμένα από AI «ξενόμποτ» κυλίστηκαν αδέξια στο πιάτο αντί γι' αυτό) ωστόσο, κατάφεραν να επιτύχουν κάτι αρκετά αξιοσημείωτο στη διαδικασία. Τα μικροσκοπικά πλάσματα σε σχήμα Pac-Man συνέλεξαν 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 Χάρβαρντ – 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 οργανικής δομής, δεν θεωρούνταν ζωντανοί οργανισμοί καθώς δεν είχαν την ικανότητα αυτοαναπαραγωγής – ένα από τα πιο θεμελιώδη χαρακτηριστικά ενός ζωντανού πλάσματος.

Όλα αυτά άλλαξαν φέτος.

Νέες Μορφές Ζωής

Σε μια προσπάθεια να δώσουν ζωή στους ξενόμποτς 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 για τα ξενόμποτς. ‘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 μικρό στόμα; Γιατί όχι πέντε;’

Παρά τις ερωτήσεις σχετικά με τον προτεινόμενο σχεδιασμό της τεχνητής νοημοσύνης, αυτά τα αποτελέσματα χρησιμοποιήθηκαν παρ' όλα αυτά για να κατασκευαστεί ένας γονέας ξενόμποτ. Αυτός ο γονέας κατάφερε να δημιουργήσει παιδιά και συνέχισε να δημιουργεί εγγόνια. Τρομακτικά πράγματα – όχι μόνο ότι έχουμε δημιουργήσει ένα αυτοαναπαραγόμενο ρομπότ, αλλά ότι ένα άλλο που κατασκευάσαμε (μια τεχνητή νοημοσύνη) το σχεδίασε για εμάς. «Οι άνθρωποι πίστευαν για πολύ καιρό ότι έχουμε ανακαλύψει όλους τους τρόπους με τους οποίους η ζωή μπορεί να αναπαραχθεί ή να αναπαραχθεί», λέει ο Δρ. Ντάγκλας Μπλάκιστον, ο οποίος συναρμολόγησε τους γονείς των 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 ξενόμποτς δεν είναι πλήρως υλοποιημένο, με τη διαδικασία να εξαντλείται μετά από λίγες 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 επισκευή κυττάρων. Με κύριο σκοπό την αναζωογόνηση, συχνά θεωρείται ως αντιγηραντική ιατρική. 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 εμβρυονικά κύτταρα βατράχου που συγκέντρωσαν οι ξενόμποτς κανονικά θα είχαν αναπτυχθεί σε δέρμα βατράχου, ωστόσο, στα χέρια της ομάδας του Βερμόντ, τα κύτταρα επανατοποθετήθηκαν. «Τα τοποθετούμε σε ένα νέο πλαίσιο», λέει ο Michael Levin, Ph.D., συν-ηγέτης της έρευνας. «Τους δίνουμε την ευκαιρία να επανεξετάσουν 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 Μπόνγκαρντ. «Είναι σημαντικό, για την κοινωνία στο σύνολό της, να μελετήσουμε και να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί αυτό.»

Πράγματι. Όταν συνδυάζετε την αυξανόμενη κατανόησή μας για τη δομή των κυττάρων με την ικανότητα μιας τεχνητής νοημοσύνης 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 Βερμόντ μας παρέχει τη δυνατότητα να καταπολεμήσουμε τις φθορές της κυτταρικής γήρανσης και να αυξήσουμε τη μακροζωία του ανθρώπου.

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

Κάνοντας την Τεχνολογία Αντιγήρανσης Πραγματικότητα

Σε αυτό το πρώιμο στάδιο, είναι δύσκολο να κατανοήσουμε πραγματικά τις πιθανές εφαρμογές των ξενόμποτς. «Το μόνο που μπορούμε να κάνουμε είναι να εξετάσουμε τα πλεονεκτήματα αυτής της τεχνολογίας σε σχέση με τα παραδοσιακά ρομπότ,» λέει ο Μπόνγκαρντ, «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 αντιγήρανσης θα είναι ένας από τους κύριους τομείς μελλοντικής έρευνας. Η προοπτική εξάλειψης των ασθενειών 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 οι δικές μας κυψέλες να επαναπρογραμματιστούν 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 όμορφοι μέχρι τα τριακόσια σας χρόνια. Έτσι, ίσως θελήσετε να πάρετε τον Pac-Man λίγο πιο σοβαρά την επόμενη φορά που θα παίξετε, γιατί ο ξάδερφός 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., Μια κυτταρική πλατφόρμα για την ανάπτυξη συνθετικών ζωντανών μηχανών. Sci. Robot. 6, eabf1571 (2021).

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

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

5. Β. Ζυκόφ, Ε. Μυτιληναίος, Β. Άνταμς, Η. Λίπσον, Ρομποτική: Αυτοαναπαραγόμενες μηχανές. Nature 435, 163–164 (2005).

6. Z. Qu et al., Προς υψηλής απόδοσης μικροκλίμακα μπαταρίες: Διαμορφώσεις και βελτιστοποίηση υλικών ηλεκτροδίων με πλατφόρμες 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. Ε. Γκαρέτα και άλλοι, 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, Αγκαλιάζοντας την πολυπλοκότητα: Οργανισμός για τον 21ο αιώνα. Dev. Dyn. 219, 1–9 (2000).

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