AI-tervezésű „élő robotok” nyújtanak potenciális új alapot a regeneratív orvoslás számára
Ha a szaporodás az élet ismertetőjegye, akkor a világ első „élő robotjai” éppen most léphettek ki egy petri csészéből Burlingtonban, Vermontban. Igaz, a „kiléptek” kifejezés talán túlzás, (a mesterséges intelligencia által tervezett „xenobotok” inkább szerényen gurultak a csészében), azonban sikerült valami egészen figyelemre méltót elérniük a folyamat során. Az apró Pac-Man alakú lények összegyűjtötték a béka őssejteket abból az oldatból, amelyben úsztak, és másolatokat készítettek magukról – és ennek nagyságát nem lehet eléggé hangsúlyozni.
A fejlesztésért felelős csapat – a Vermonti Egyetem, a Tufts Egyetem és a Harvard Egyetem Biológiailag Inspirált Mérnöki Wyss Intézetének munkatársai – azokra a kutatásokra épített, amelyeket tavaly mutattak be, amikor megalkották az első, teljes egészében élő sejtekből felépített robotokat (a felhasznált sejtek békaembriókból származtak). Bár ezek az első robotok tisztán organikus szerkezetűek voltak, nem tekintették őket élő szervezeteknek, mivel nem voltak képesek önreplikációra – ami az élőlények egyik legalapvetőbb jellemzője.
Ez mind megváltozott ebben az évben.
Új életformák
Annak érdekében, hogy életet leheljenek a xenobotokba, Sam Kriegman, Ph.D., a csapat társelnöke, bevonta a Vermonti Egyetem mesterséges intelligenciáját, és megkérte, hogy tervezzen egy xenobot szülő struktúrát. „Az AI hónapokig tartó munkálkodás után furcsa tervekkel állt elő” – mondja Kriegman –, „köztük egy olyannal, amely a Pac-Manre hasonlított. Nagyon nem intuitív. Nagyon egyszerűnek tűnik, de nem olyasmi, amire egy emberi mérnök gondolna. Miért egy apró száj? Miért nem öt?”
Annak ellenére, hogy kérdések merültek fel az AI által javasolt tervezéssel kapcsolatban, ezeket az eredményeket mégis felhasználták egy szülő xenobot megépítéséhez. Ez a szülő képes volt gyermekeket építeni, majd unokákat is létrehozott. Félelmetes dolog – nemcsak azért, mert létrehoztunk egy önreplikáló robotot, hanem azért is, mert egy másik, általunk épített (egy AI) tervezte meg számunkra. „Az emberek már jó ideje azt gondolták, hogy minden módját ismerjük az élet szaporodásának vagy replikációjának” – mondja Dr. Douglas Blackiston, aki a xenobot szülőket összeállította –, „de ez olyasmi, amit még soha nem figyeltek meg korábban.”
Most, az ember által készített, önreprodukáló lények gondolata talán borzongást kelt néhány emberben, azonban egyelőre nem kell aggódnunk amiatt, hogy Pac-Man-stílusú betolakodók veszik át az irányítást a bolygó felett. A xenobotok által használt önreprodukáló rendszer még nem teljesen kidolgozott, a folyamat néhány generáció után megszűnik. Mindazonáltal ennek a biotechnológiai előrelépésnek a következményei rendkívül mélyrehatóak, különösen az orvostudomány terén.
Xenobotok és regeneratív orvoslás
A regeneratív orvoslás olyan kezeléseket foglal magában, amelyek a sérült szöveteket célozzák meg, nagyrészt a szelektív sejtpótlásra és -javításra összpontosítva. Fő célja a megújulás, ezért gyakran az öregedésgátló orvoslásként gondolnak rá. Azonban ami visszatart minket a hatékony fejlesztésétől, az az, hogy nem tudjuk pontosan megmondani a sejteknek, mit várunk tőlük.
A Vermonti Egyetemen végzett munka most sokkal közelebb vitt minket.
A xenobotok által összegyűjtött embrió békasejtek normál esetben békabőrré fejlődtek volna, azonban a Vermonti csapat kezében a sejtek új feladatot kaptak. „Egy új kontextusba helyezzük őket” – mondja Michael Levin, Ph.D., a kutatás társigazgatója. „Lehetőséget adunk nekik, hogy újragondolják a többsejtűségüket.”
Bár a sejtek egy béka genomjával rendelkeztek, mentesek voltak bármilyen előre meghatározott biológiai úttól, és kollektív genetikai intelligenciájukat felhasználva teljesen más célokat érhettek el. „Dolgozunk azon, hogy megértsük ezt a tulajdonságot” – mondja Bongard. „Fontos, hogy a társadalom egésze számára tanulmányozzuk és megértsük, hogyan működik ez.”
Valóban. Amikor a sejtstruktúra növekvő megértését összekapcsoljuk azzal a képességgel, hogy egy mesterséges intelligencia biológiai eszközöket hozzon létre rendelésre, hamarosan sokkal nagyobb kontrollunk lehet saját sejtjeink felett, mint valaha – a Vermont csapat által végzett kutatás lehetővé teszi számunkra, hogy harcoljunk a sejtes öregedés pusztításai ellen és növeljük az emberi élettartamot.
„Ha tudnánk, hogyan mondjuk meg a sejtcsoportoknak, hogy mit tegyenek, végső soron ez a regeneratív medicina,” mondja Levin. „Ez a megoldás a traumás sérülésekre, születési rendellenességekre, rákra és öregedésre. Mindezek a különböző problémák azért vannak itt, mert nem tudjuk megjósolni és irányítani, hogy a sejtcsoportok mit fognak építeni. A xenobotok egy új platformot jelentenek számunkra a tanuláshoz.”
Az öregedésgátló technológia valósággá tétele
A korai szakaszban nehéz igazán megérteni a xenobotok potenciális alkalmazásait. „Mindent, amit tehetünk, az az, hogy megfontoljuk, milyen előnyökkel jár ez a technológia a hagyományos robotokkal szemben” – mondja Bongard –, „ami az, hogy kicsik, biológiailag lebomlóak és vízben jól érzik magukat.” Bár ez alkalmassá teheti őket mezőgazdasági célokra, tenyésztett hús előállítására vagy alacsony költségű víz sótalanítására, kétségtelen, hogy az öregedésgátló technológia a jövőbeli kutatások egyik fő területe lesz. Az a kilátás, hogy az életkorral összefüggő betegségeket a történelem könyveibe száműzzük, biztosan elég csábító lesz bármely kutatócsoport számára, még mielőtt a pénzügyi jutalmakra gondolnánk.
A regeneratív medicina talán még nem áll közvetlenül a küszöbön, de az önreplikáló xenobotok megjelenésével kétségtelenül hatalmas lépést tettünk felé. Az a lehetőség, hogy saját sejtjeinket újra felhasználhatjuk az öregedés jellemzőinek leküzdésére, nemcsak hosszabb életet biztosít számunkra, hanem élvezetesebbé is teszi azt – akár háromszáz éves korunkig is fitt és jó formában maradhatunk. Ezért érdemes lehet komolyabban venni a Pac-Mant legközelebb, amikor játszol vele, mert unokatestvére, a xenobot, talán nem is olyan távoli jövőben hozhatja el neked az élet elixírjét.
Hivatkozások:
1. R. D. Kamm et al., Perspektíva: A többsejtű mérnöki élő rendszerek ígérete. APL Bioeng. 2, 040901 (2018).
2. D. Blackiston et al., Egy sejtes platform a szintetikus élő gépek fejlesztéséhez. Sci. Robot. 6, eabf1571 (2021).
3. J. Losner, K. Courtemanche, J. L. Whited, A javítás és a komplex szöveti regeneráció szisztematikus mediátorainak fajok közötti elemzése. NPJ Regen. Med. 6, 21 (2021).
4. S. Kriegman, D. Blackiston, M. Levin, J. Bongard, Egy skálázható folyamat újrakonfigurálható organizmusok tervezésére. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 117, 1853–1859 (2020).
5. V. Zykov, E. Mytilinaios, B. Adams, H. Lipson, Robotics: Önmásoló gépek. Nature 435, 163–164 (2005).
6. Z. Qu et al., Nagy teljesítményű mikroskálájú akkumulátorok felé: Az elektróda anyagok konfigurációja és optimalizálása in-situ analitikai platformokkal. Energy Storage Mater. 29, 17–41 (2020).
7. Q. Wu et al., Organ-on-a-chip: Legutóbbi áttörések és jövőbeli kilátások. Biomed. Eng. Online 19, 9 (2020).
8. E. Garreta et al., Az organoid technológia újragondolása bioengineering segítségével. Nat. Mater. 20, 145–155 (2021).
9. Y. Han et al., Mesenchymális őssejtek a regeneratív orvoslásban. Cells 8, 886 (2019).
10. S. F. Gilbert, S. Sarkar, A komplexitás elfogadása: Organikus szemlélet a 21. század számára. Dev. Dyn. 219, 1–9 (2000).
11. G. S. Hussey, J. L. Dziki, S. F. Badylak, Extracelluláris mátrix alapú anyagok a regeneratív orvoslásban. Nat. Rev. Mater. 3, 159–173 (2018).