"Roboții vii" proiectați de inteligența artificială oferă o nouă bază potențială pentru medicina regenerativă
Dacă reproducerea este semnul distinctiv al vieții, atunci primii "roboți vii" din lume tocmai au ieșit dintr-o casetă Petri din Burlington, Vermont. Desigur, "ieșit" poate fi exagerat (în schimb, "xenoboții" concepuți de inteligența artificială s-au rostogolit fără ceremonie în vas), însă au reușit să realizeze ceva remarcabil în acest proces. Micile creaturi în formă de Pac-Man au adunat celule stem de broască din soluția în care înotau și au construit copii ale lor însele - iar amploarea acestui lucru nu poate fi supraestimată.
Echipa responsabilă pentru această dezvoltare - de la Universitatea din Vermont, Universitatea Tufts și Institutul Wyss pentru inginerie inspirată biologic de la Universitatea Harvard - s-a bazat pe cercetările pe care le-a prezentat anul trecut, când a creat primii roboți construiți în întregime din celule vii (celulele utilizate fiind prelevate din embrioni de broască). Deși acești roboți inițiali aveau o structură pur organică, ei nu erau considerați organisme vii, deoarece nu aveau capacitatea de a se autoreplica - una dintre cele mai fundamentale caracteristici ale unei creaturi vii.
Totul s-a schimbat în acest an.
Forme de viață noi
În încercarea de a da viață xenoboților, Sam Kriegman, Ph.D., co-lider al echipei, a apelat la inteligența artificială de la Universitatea din Vermont și i-a cerut să proiecteze o structură parentală xenobot. Inteligența artificială a venit cu niște modele ciudate după luni de zile de lucru", spune Kriegman, "inclusiv unul care semăna cu Pac-Man. Este foarte neintuitiv. Pare foarte simplu, dar nu este ceva ce un inginer uman ar concepe. De ce o gură mică? De ce nu cinci?
În ciuda întrebărilor legate de designul propus de AI, aceste rezultate au fost totuși folosite pentru a construi un xenobot părinte. Acest părinte a reușit să creeze copii și a continuat să creeze nepoți. Înspăimântător - nu doar că am creat un robot care se autoreplică, ci și că un alt robot construit de noi (un AI) l-a proiectat pentru noi. "Oamenii au crezut pentru o lungă perioadă de timp că am descoperit toate modalitățile prin care viața se poate reproduce sau replica", spune Douglas Blackiston, doctor în științe, care a asamblat părinții xenoboți, "dar acesta este un lucru care nu a mai fost observat până acum".
Acum, ideea unor creaturi făcute de om, care se autoreplică, ar putea da fiori pe spinarea unora, însă nu trebuie să ne facem griji că invadatorii în stil Pac-Man vor prelua controlul asupra planetei. Sistemul de autoreplicare folosit de xenoboți nu este complet realizat, procesul încetând după câteva generații. Cu toate acestea, implicațiile acestui progres biotehnologic sunt extrem de profunde, în special în ceea ce privește medicina.
Xenoboți și medicina regenerativă
Medicina regenerativă este un termen care acoperă tratamentele care vizează țesuturile deteriorate, concentrându-se în principal pe înlocuirea și repararea selectivă a celulelor. Scopul său principal fiind întinerirea, aceasta este adesea considerată medicină anti-îmbătrânire. Cu toate acestea, ceea ce ne împiedică să o dezvoltăm în mod eficient este incapacitatea noastră de a spune cu exactitate celulelor ce vrem ca ele să facă.
Lucrările efectuate la Universitatea din Vermont ne-au adus mult mai aproape.
Celulele embrionare de broască pe care le-au colectat xenoboții s-ar fi transformat în mod normal în piele de broască, însă, în mâinile echipei din Vermont, celulele au fost reutilizate. "Le punem într-un context nou", spune Michael Levin, doctor în științe, co-lider al cercetării. Le dăm o șansă de a-și reimagina pluricelularitatea".
Deși celulele aveau genomul unei broaște, ele erau eliberate de orice cale biologică predeterminată și își puteau folosi inteligența genetică colectivă pentru a realiza cu totul altceva. "Ne străduim să înțelegem această proprietate", spune Bongard. Este important, pentru întreaga societate, să studiem și să înțelegem cum funcționează acest lucru".
Într-adevăr. Atunci când se combină înțelegerea noastră din ce în ce mai bună a structurii celulare cu capacitatea unui AI de a crea instrumente biologice la comandă, este posibil ca în curând să avem mult mai mult control asupra propriilor noastre celule decât am avut vreodată până acum - cercetările efectuate de echipa Vermont oferindu-ne capacitatea de a combate ravagiile îmbătrânirii celulare și de a crește longevitatea umană.
"Dacă am ști cum să spunem colecțiilor de celule să facă ceea ce vrem noi să facă, în cele din urmă, asta ar fi medicina regenerativă", spune Levin. Aceasta este soluția pentru leziuni traumatice, malformații congenitale, cancer și îmbătrânire. Toate aceste probleme diferite sunt aici pentru că nu știm cum să prezicem și să controlăm ce grupuri de celule vor construi. Xenoboții sunt o nouă platformă pentru a ne învăța'.
Transformarea tehnologiei anti-îmbătrânire într-o realitate
În acest stadiu incipient, este greu să înțelegem cu adevărat potențialele aplicații ale xenoboților. "Tot ce putem face este să luăm în considerare avantajele pe care această tehnologie le are față de roboții tradiționali", spune Bongard, "și anume că sunt mici, biodegradabili și se simt bine în apă". În timp ce acest lucru i-ar putea face buni pentru agricultură, producția de carne cultivată sau desalinizarea apei la costuri reduse, nu există nicio îndoială că tehnologia anti-îmbătrânire va fi unul dintre principalele domenii de cercetare viitoare. Perspectiva de a alunga bolile legate de vârstă din cărțile de istorie este, cu siguranță, suficient de tentantă pentru orice echipă de cercetare, înainte chiar de a vă gândi la recompensele financiare.
Poate că medicina regenerativă nu se află încă la orizont, dar, odată cu apariția xenoboților autoreplicanți, am făcut cu siguranță un salt uriaș către aceasta. Având în vedere posibilitatea ca propriile noastre celule să poată fi redirecționate pentru a combate semnele distinctive ale îmbătrânirii, nu numai că vom trăi mai mult, dar ne vom putea bucura mai mult de viață - ați putea rămâne în formă și destul de bine până la trei sute de ani. Așadar, ar fi bine să-l iei mai în serios pe Pac-Man data viitoare când te joci, deoarece vărul său, xenobotul, ți-ar putea aduce elixirul vieții într-un viitor nu prea îndepărtat.
Referințe:
1. R. D. Kamm și colab., Perspective: Promisiunea sistemelor vii de inginerie pluricelulară. APL Bioeng. 2, 040901 (2018).
2. D. Blackiston și colab., A cellular platform for the development of synthetic living machines. Sci. Robot. 6, eabf1571 (2021).
3. J. Losner, K. Courtemanche, J. L. Whited, O analiză trans-specii a mediatorilor sistemici de reparare și regenerare a țesuturilor complexe. NPJ Regen. Med. 6, 21 (2021).
4. S. Kriegman, D. Blackiston, M. Levin, J. Bongard, A scalable pipeline for designing reconfigurable organisms. 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 și colab., Towards high-performance microscale batteries: Configurații și optimizare a materialelor de electrod prin platforme analitice in-situ. Stocarea energiei Mater. 29, 17-41 (2020).
7. Q. Wu et al., Organ-on-a-chip: Descoperiri recente și perspective de viitor. Biomed. Eng. Online 19, 9 (2020).
8. E. Garreta și colab., Rethinking organoid technology through bioengineering. Nat. Mater. 20, 145-155 (2021).
9. Y. Han și colab., Celule stem mezenchimale pentru medicina regenerativă. Cells 8, 886 (2019).
10. S. F. Gilbert, S. Sarkar, Embracing complexity: Organicism pentru secolul XXI. Dev. Dyn. 219, 1-9 (2000).
11. G. S. Hussey, J. L. Dziki, S. F. Badylak, Extracellular matrix-based materials for regenerative medicine. Nat. Rev. Mater. 3, 159-173 (2018).