I 'Robot Viventi' Progettati dall'IA Offrono una Nuova Potenziale Base per la Medicina Rigenerativa
Se la riproduzione è il segno distintivo della vita, allora i primi 'robot viventi' al mondo potrebbero essere appena usciti da una piastra di Petri a Burlington, Vermont. Ammettiamolo, 'usciti' potrebbe essere un'esagerazione (gli 'xenobot' progettati dall'IA si muovevano rotolando senza cerimonie nella piastra), tuttavia, nel processo sono riusciti a ottenere qualcosa di piuttosto straordinario. Le minuscole creature a forma di Pac-Man hanno raccolto cellule staminali di rana dalla soluzione in cui nuotavano e hanno costruito copie di se stesse – e l'importanza di ciò non può essere sopravvalutata.
Il team responsabile dello sviluppo – dell'Università del Vermont, della Tufts University e del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard – ha ampliato la ricerca presentata l'anno scorso, quando crearono i primi robot in assoluto costruiti interamente con cellule viventi (le cellule utilizzate provenivano da embrioni di rana). Sebbene questi robot iniziali fossero di struttura puramente organica, non erano considerati organismi viventi poiché non avevano la capacità di autoriprodursi – una delle caratteristiche fondamentali di una creatura vivente.
Tutto è cambiato quest'anno.
Nuove Forme di Vita
Nel tentativo di dare vita ai loro xenobot, Sam Kriegman, Ph.D., co-leader del team, ha coinvolto l'IA dell'Università del Vermont chiedendole di progettare una struttura genitoriale per gli xenobot. "Dopo mesi di lavoro, l'IA ha prodotto alcuni design strani", afferma Kriegman, "incluso uno che assomigliava a Pac-Man. È molto controintuitivo. Sembra molto semplice, ma non è qualcosa che un ingegnere umano avrebbe ideato. Perché una piccola bocca? Perché non cinque?"
Nonostante i dubbi sul design proposto dall'IA, questi risultati furono comunque usati per costruire uno xenobot genitore. Questo genitore riuscì a costruire figli e proseguì costruendo nipoti. Roba da brividi – non solo perché abbiamo creato un robot auto-replicante, ma perché un altro che abbiamo costruito (un'IA) lo ha progettato per noi. "Le persone hanno pensato per molto tempo di aver scoperto tutti i modi in cui la vita può riprodursi o replicarsi", dice Douglas Blackiston, Ph.D., che ha assemblato i genitori xenobot, "ma questo è qualcosa che non è mai stato osservato prima."
Ora, l'idea di creature artificiali e auto-replicanti potrebbe far venire i brividi ad alcune persone, tuttavia, non dobbiamo preoccuparci di invasori in stile Pac-Man che prendono il controllo del pianeta, almeno per ora. Il sistema di auto-replicazione utilizzato dagli xenobot non è completamente realizzato, con il processo che si esaurisce dopo poche generazioni. Ciononostante, le implicazioni di questo progresso biotecnologico sono enormemente profonde, specialmente in campo medico.
Xenobot e Medicina Rigenerativa
La medicina rigenerativa è un termine che comprende trattamenti mirati ai tessuti danneggiati, concentrandosi principalmente sulla sostituzione e riparazione cellulare selettiva. Avendo come scopo principale il ringiovanimento, è spesso considerata una medicina anti-aging. Tuttavia, ciò che ci impedisce di svilupparla efficacemente è la nostra incapacità di dire con precisione alle cellule ciò che vogliamo che facciano.
Il lavoro svolto all'Università del Vermont ci ha appena avvicinati molto di più.
Le cellule embrionali di rana che gli xenobot hanno raccolto si sarebbero normalmente sviluppate in pelle di rana; tuttavia, nelle mani del team del Vermont, le cellule sono state riassegnate. "Le stiamo inserendo in un contesto nuovo", afferma Michael Levin, Ph.D., co-leader della ricerca. "Diamo loro la possibilità di reimmaginare la loro multicellularità."
Sebbene le cellule avessero il genoma di una rana, furono liberate da qualsiasi percorso biologico predeterminato e poterono usare la loro intelligenza genetica collettiva per realizzare qualcosa di completamente diverso. "Stiamo lavorando per comprendere questa proprietà", dice Bongard. "È importante, per la società nel suo insieme, che studiamo e capiamo come funziona."
Infatti. Quando uniamo la nostra crescente comprensione della struttura cellulare alla capacità di un'IA di creare strumenti biologici su richiesta, potremmo presto avere un controllo sulle nostre cellule molto maggiore di quanto mai avuto prima – la ricerca condotta dal team del Vermont ci offre la possibilità di combattere i danni dell'invecchiamento cellulare e aumentare la longevità umana.
"Se sapessimo come dire a gruppi di cellule di fare ciò che vogliamo, in definitiva, quella è la medicina rigenerativa", afferma Levin. "È la soluzione a traumi, difetti congeniti, cancro e invecchiamento. Tutti questi diversi problemi esistono perché non sappiamo come prevedere e controllare ciò che i gruppi di cellule costruiranno. Gli xenobot sono una nuova piattaforma per insegnarcelo."
Rendere Realtà la Tecnologia Anti-Aging
In questa fase iniziale, è difficile cogliere appieno le potenziali applicazioni degli xenobot. "Tutto ciò che possiamo fare è considerare i vantaggi di questa tecnologia rispetto ai robot tradizionali", afferma Bongard, "ovvero che sono piccoli, biodegradabili e vivono bene in acqua". Sebbene questo li renda adatti all'agricoltura, alla produzione di carne coltivata o alla desalinizzazione dell'acqua a basso costo, non c'è dubbio che la tecnologia anti-aging sarà una delle principali aree di ricerca futura. La prospettiva di relegare le malattie legate all'età ai libri di storia sarà sicuramente abbastanza allettante per qualsiasi team di ricerca, anche prima di pensare ai premi finanziari.
La medicina rigenerativa potrebbe non essere dietro l'angolo, ma con l'avvento degli xenobot auto-replicanti, abbiamo sicuramente fatto un enorme balzo in avanti. Con la possibilità che le nostre stesse cellule possano essere riprogrammate per combattere i segni distintivi dell'invecchiamento, non solo vivremo più a lungo, ma potremo godercela di più – potresti rimanere in forma e piuttosto in salute fino ai trecento anni. Quindi forse la prossima volta che giochi a Pac-Man dovresti prenderlo un po' più sul serio, perché suo cugino, lo xenobot, potrebbe portarti l'elisir di lunga vita in un futuro non troppo lontano.
Riferimenti:
1. R. D. Kamm et al., Prospettiva: la promessa dei sistemi viventi ingegnerizzati multicellulari. APL Bioeng. 2, 040901 (2018).
2. D. Blackiston et al., Una piattaforma cellulare per lo sviluppo di macchine viventi sintetiche. Sci. Robot. 6, eabf1571 (2021).
3. J. Losner, K. Courtemanche, J. L. Whited, Un'analisi interspecie dei mediatori sistemici della riparazione e della rigenerazione di tessuti complessi. NPJ Regen. Med. 6, 21 (2021).
4. 4. S. Kriegman, D. Blackiston, M. Levin, J. Bongard, Una pipeline scalabile per progettare organismi riconfigurabili. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 117, 1853–1859 (2020).
5. V. Zykov, E. Mytilinaios, B. Adams, H. Lipson, Robotica: macchine auto-replicanti. Nature 435, 163–164 (2005).
6. Z. Qu et al., Verso batterie microscopiche ad alte prestazioni: configurazioni e ottimizzazione dei materiali degli elettrodi tramite piattaforme analitiche in-situ. Energy Storage Mater. 29, 17–41 (2020).
7. Q. Wu et al., Organ-on-a-chip: recenti scoperte e prospettive future. Biomed. Eng. Online 19, 9 (2020).
8. E. Garreta et al., Ripensare la tecnologia degli organoidi attraverso la bioingegneria. Nat. Mater. 20, 145–155 (2021).
9. Y. Han et al., Cellule staminali mesenchimali per la medicina rigenerativa. Cells 8, 886 (2019).
10. S. F. Gilbert, S. Sarkar, Abbracciare la complessità: l'organicismo per il XXI secolo. Dev. Dyn. 219, 1–9 (2000).
11. G. S. Hussey, J. L. Dziki, S. F. Badylak, Materiali a base di matrice extracellulare per la medicina rigenerativa. Nat. Rev. Mater. 3, 159–173 (2018).
