„Żywe roboty” zaprojektowane przez AI stanowią potencjalnie nową podstawę dla medycyny regeneracyjnej
Jeśli reprodukcja jest cechą charakterystyczną życia, to pierwsze na świecie „żywe roboty” mogły właśnie wyjść z naczynia Petriego w Burlington, Vermont. Przyznajmy, „wyjść” może być przesadą (zaprojektowane przez AI „ksenoboty” raczej toczyły się nieceremonialnie po naczyniu), jednak udało im się osiągnąć coś naprawdę niezwykłego w tym procesie. Te małe stworzenia w kształcie Pac-Mana zebrały komórki macierzyste żaby z roztworu, w którym pływały, i zbudowały swoje kopie – a skali tego nie można przecenić.
Zespół odpowiedzialny za rozwój – z Uniwersytetu Vermont, Uniwersytetu Tufts oraz Instytutu Wyss dla Biologicznie Inspirowanego Inżynierii na Uniwersytecie Harvarda – oparł się na badaniach, które ujawnili w zeszłym roku, kiedy stworzyli pierwsze w historii roboty zbudowane całkowicie z żywych komórek (komórki użyte pochodziły z embrionów żab). Chociaż te początkowe roboty były czysto organiczne w swojej strukturze, nie były uważane za organizmy żywe, ponieważ nie miały zdolności do samoreplikacji – jednej z najbardziej fundamentalnych cech żywego stworzenia.
To wszystko zmieniło się w tym roku.
Nowe Formy Życia
Aby ożywić swoje ksenoboty, Sam Kriegman, Ph.D., współlider zespołu, zaangażował sztuczną inteligencję na Uniwersytecie Vermont i poprosił ją o zaprojektowanie struktury rodzicielskiej ksenobota. „Sztuczna inteligencja po miesiącach pracy wymyśliła kilka dziwnych projektów,” mówi Kriegman, „w tym taki, który przypominał Pac-Mana. Jest to bardzo nieintuicyjne. Wygląda bardzo prosto, ale to nie jest coś, co wymyśliłby ludzki inżynier. Dlaczego jedno małe usta? Dlaczego nie pięć?”
Pomimo pytań dotyczących zaproponowanego przez AI projektu, wyniki te zostały jednak wykorzystane do zbudowania rodzica ksenobota. Ten rodzic zdołał zbudować dzieci, a następnie wnuki. Przerażające rzeczy – nie tylko to, że stworzyliśmy samoreplikującego się robota, ale że inny, którego zbudowaliśmy (AI), zaprojektował go dla nas. „Ludzie od dawna myśleli, że odkryliśmy już wszystkie sposoby, w jakie życie może się rozmnażać lub replikować,” mówi Douglas Blackiston, Ph.D., który zmontował rodziców ksenobotów, „ale to jest coś, czego nigdy wcześniej nie zaobserwowano.”
Teraz, pomysł stworzeń stworzonych przez człowieka, które potrafią się samoreplikować, może przyprawiać niektórych o dreszcze, jednak nie musimy się jeszcze martwić o najeźdźców w stylu Pac-Mana przejmujących kontrolę nad planetą. System samoreplikacji używany przez xenoboty nie jest w pełni zrealizowany, a proces zanika po kilku pokoleniach. Niemniej jednak, implikacje tego biotechnologicznego postępu są ogromnie głębokie, zwłaszcza w kontekście medycyny.
Xenoboty i medycyna regeneracyjna
Medycyna regeneracyjna to termin obejmujący terapie skierowane na uszkodzone tkanki, koncentrujące się głównie na selektywnej wymianie i naprawie komórek. Jej głównym celem jest odmładzanie, dlatego często jest postrzegana jako medycyna przeciwstarzeniowa. Jednak to, co nas powstrzymuje przed jej skutecznym rozwojem, to nasza niezdolność do precyzyjnego przekazywania komórkom, co chcemy, aby robiły.
Prace prowadzone na University of Vermont przybliżyły nas znacznie.
Zarodkowe komórki żaby, które zebrały ksenoboty, normalnie rozwinęłyby się w skórę żaby, jednak w rękach zespołu z Vermont komórki zostały przekształcone. „Umieszczamy je w nowym kontekście” – mówi Michael Levin, Ph.D., współlider badań. „Dajemy im szansę na ponowne wyobrażenie sobie ich wielokomórkowości.”
Chociaż komórki miały genom żaby, były uwolnione od jakiejkolwiek z góry określonej ścieżki biologicznej i mogły wykorzystać swoją zbiorową inteligencję genetyczną, aby osiągnąć coś zupełnie innego. „Pracujemy nad zrozumieniem tej właściwości,” mówi Bongard. „To ważne, dla społeczeństwa jako całości, abyśmy badali i rozumieli, jak to działa.”
Rzeczywiście. Kiedy połączymy nasze rosnące zrozumienie struktury komórkowej z możliwością tworzenia narzędzi biologicznych na zamówienie przez AI, możemy wkrótce mieć znacznie większą kontrolę nad naszymi własnymi komórkami niż kiedykolwiek wcześniej – badania prowadzone przez zespół z Vermontu dają nam możliwość zwalczania skutków starzenia się komórek i zwiększenia długowieczności człowieka.
„Gdybyśmy wiedzieli, jak nakłonić zbiory komórek do robienia tego, co chcemy, aby robiły, to ostatecznie byłaby to medycyna regeneracyjna” – mówi Levin. „To jest rozwiązanie dla urazów traumatycznych, wad wrodzonych, raka i starzenia się. Wszystkie te różne problemy istnieją, ponieważ nie wiemy, jak przewidzieć i kontrolować, co grupy komórek będą budować. Xenoboty to nowa platforma, która nas tego uczy.”
Uczynienie technologii przeciwstarzeniowej rzeczywistością
Na tym wczesnym etapie trudno jest naprawdę pojąć potencjalne zastosowania ksenobotów. „Wszystko, co możemy zrobić, to rozważyć zalety tej technologii w porównaniu z tradycyjnymi robotami”, mówi Bongard, „które polegają na tym, że są małe, biodegradowalne i dobrze czują się w wodzie”. Choć może to sprawić, że będą one dobre do rolnictwa, produkcji mięsa hodowlanego lub taniej odsalania wody, nie ma wątpliwości, że technologia przeciwstarzeniowa będzie jednym z głównych obszarów przyszłych badań. Perspektywa wyeliminowania chorób związanych z wiekiem do historii z pewnością będzie wystarczająco kusząca dla każdego zespołu badawczego, zanim jeszcze pomyśli się o nagrodach finansowych.
Medycyna regeneracyjna może jeszcze nie być na horyzoncie, ale wraz z pojawieniem się samoreplikujących się ksenobotów, z pewnością zrobiliśmy ogromny krok w jej kierunku. Z możliwością, że nasze własne komórki mogą zostać przekształcone w celu zwalczania oznak starzenia, nie tylko będziemy żyć dłużej, ale będziemy mogli cieszyć się życiem bardziej – możesz pozostać w formie i zdrowiu nawet do trzystu lat. Dlatego następnym razem, gdy będziesz grać w Pac-Mana, możesz potraktować to trochę poważniej, ponieważ jego kuzyn, ksenobot, może przynieść ci eliksir życia w niezbyt odległej przyszłości.
Bibliografia:
1. R. D. Kamm et al., Perspektywa: Obietnica wielokomórkowych inżynieryjnych systemów żywych. APL Bioeng. 2, 040901 (2018).
2. D. Blackiston i in., Platforma komórkowa do rozwoju syntetycznych żywych maszyn. Sci. Robot. 6, eabf1571 (2021).
3. J. Losner, K. Courtemanche, J. L. Whited, Analiza międzygatunkowa systemowych mediatorów naprawy i regeneracji złożonych tkanek. NPJ Regen. Med. 6, 21 (2021).
4. S. Kriegman, D. Blackiston, M. Levin, J. Bongard, Skalowalny proces projektowania rekonfigurowalnych organizmów. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 117, 1853–1859 (2020).
5. V. Zykov, E. Mytilinaios, B. Adams, H. Lipson, Robotics: Self-reproducing machines. Nature 435, 163–164 (2005).
6. Z. Qu i in., W kierunku wysokowydajnych mikroskalowych baterii: Konfiguracje i optymalizacja materiałów elektrodowych za pomocą platform analitycznych in-situ. Energy Storage Mater. 29, 17–41 (2020).
7. Q. Wu i in., Organ-on-a-chip: Ostatnie przełomy i przyszłe perspektywy. Biomed. Eng. Online 19, 9 (2020).
8. E. Garreta et al., Rethinking organoid technology through bioengineering. Nat. Mater. 20, 145–155 (2021).
9. Y. Han i in., Komórki macierzyste mezenchymalne w medycynie regeneracyjnej. 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, Materiały na bazie macierzy zewnątrzkomórkowej do medycyny regeneracyjnej. Nat. Rev. Mater. 3, 159–173 (2018).