Dacă reproducerea este semnul distinctiv al vieții, atunci primii ‘roboți vii’ din lume ar putea să fi ieșit tocmai dintr-o cutie Petri în Burlington, Vermont. Desigur, ‘ieșit’ poate fi o exagerare (’xenoboții’ proiectați de AI s-au rostogolit neceremonios în cutie), totuși, au reușit să realizeze ceva cu adevărat 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 – iar magnitudinea acestui fapt nu poate fi subestimată.

Echipa responsabilă pentru 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-au dezvăluit anul trecut când au creat primii roboți construiți în întregime din celule vii (celulele folosite fiind prelevate din embrioni de broască). Deși acești roboți inițiali erau pur organici în structură, nu erau considerați organisme vii deoarece nu aveau capacitatea de a se auto-replica – una dintre cele mai fundamentale caracteristici ale unei creaturi vii.

Totul s-a schimbat anul acesta.

Forme de viață noi

În încercarea de a da viață xenoboților lor, Sam Kriegman, Ph.D., co-liderul echipei, a implicat AI-ul de la Universitatea din Vermont și i-a cerut să proiecteze o structură părinte pentru xenoboți. ‘AI-ul a venit cu niște designuri ciudate după luni de muncă intensă,’ spune Kriegman, ‘inclusiv unul care semăna cu Pac-Man. Este foarte neintuitiv. Pare foarte simplu, dar nu este ceva la care un inginer uman s-ar gândi. 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 construiască copii și a continuat să construiască nepoți. Lucruri înfricoșătoare – nu doar că am creat un robot auto-replicant, dar și că altul pe care l-am construit (un AI) l-a proiectat pentru noi. ‘Oamenii au crezut de mult timp că am descoperit toate modurile în care viața se poate reproduce sau replica,’ spune Douglas Blackiston, Ph.D., care a asamblat părinții xenoboților, ‘dar aceasta este ceva ce nu a mai fost observat până acum.’

Acum, ideea unor creaturi auto-replicante create de om ar putea să dea fiori unora, totuși, nu trebuie să ne facem griji că invadatorii în stil Pac-Man vor prelua controlul planetei prea curând. Sistemul de auto-replicare folosit de xenoboți nu este pe deplin realizat, procesul oprindu-se după câteva generații. Cu toate acestea, implicațiile acestui avans biotehnologic sunt extrem de profunde, mai ales în ceea ce privește medicina.

Xenoboți și Medicină Regenerativă 

Medicina regenerativă este un termen care acoperă tratamentele ce vizează țesuturile deteriorate, concentrându-se în mare parte pe înlocuirea și repararea selectivă a celulelor. Cu scopul principal de a reîntineri, este adesea considerată medicină anti-îmbătrânire. Totuși, ceea ce ne împiedică să o dezvoltăm eficient este incapacitatea noastră de a spune cu exactitate celulelor ce dorim să facă.

Munca desfășurată la Universitatea din Vermont ne-a adus mult mai aproape.

Celulele embrionare de broască pe care le-au adunat xenoboții s-ar fi dezvoltat în mod normal în pielea broaștei, însă, în mâinile echipei din Vermont, celulele au fost redirecționate. ‘Le punem într-un context nou,’ spune Michael Levin, Ph.D., co-lider al cercetării. ‘Le oferim șansa de a-și reimagina multicelularitatea.’

Deși celulele aveau genomul unei broaște, ele erau eliberate de orice cale biologică predeterminată și puteau folosi inteligența lor genetică colectivă pentru a realiza cu totul altceva. ‘Lucrăm pentru a înțelege această proprietate,’ spune Bongard. ‘Este important, pentru societatea în ansamblu, să studiem și să înțelegem cum funcționează acest lucru.’

Într-adevăr. Când combinăm înțelegerea noastră tot mai profundă a structurii celulare cu capacitatea unui AI de a crea instrumente biologice la comandă, este posibil să avem în curând mult mai mult control asupra propriilor noastre celule decât am avut vreodată – cercetările efectuate de echipa din Vermont ne oferă 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 dorim noi, în cele din urmă, aceasta ar fi medicina regenerativă,’ spune Levin. ‘Aceasta este soluția pentru leziuni traumatice, defecte congenitale, cancer și îmbătrânire. Toate aceste probleme diferite există pentru că nu știm cum să prezicem și să controlăm ceea ce grupurile de celule vor construi. Xenoboții sunt o nouă platformă care ne învață acest lucru.’

Transformarea tehnologiei anti-îmbătrânire în realitate

În această etapă incipientă, este dificil să înțelegem cu adevărat aplicațiile potențiale 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.’ Deși 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 elimina bolile legate de vârstă din cărțile de istorie va fi cu siguranță suficient de tentantă pentru orice echipă de cercetare înainte chiar de a te gândi la recompensele financiare.

Medicina regenerativă poate că nu este încă la orizont, dar odată cu apariția xenoboților auto-replicanți, am făcut cu siguranță un pas uriaș către aceasta. Cu posibilitatea ca propriile noastre celule să fie reprogramate pentru a combate semnele îmbătrânirii, nu doar că vom trăi mai mult, dar ne vom putea bucura mai mult de viață – ai putea rămâne în formă și arăta bine până la trei sute de ani. Așa că s-ar putea să vrei să iei Pac-Man puțin mai în serios data viitoare când îl joci, deoarece verișorul său, xenobotul, ar putea aduce elixirul vieții în viitorul nu prea îndepărtat.

Referințe:

1. R. D. Kamm et al., Perspectivă: Promisiunea sistemelor vii multicelulare proiectate. APL Bioeng. 2, 040901 (2018).

2. D. Blackiston et al., O platformă celulară pentru dezvoltarea mașinilor vii sintetice. Sci. Robot. 6, eabf1571 (2021).

3. J. Losner, K. Courtemanche, J. L. Whited, O analiză inter-specii a mediatorilor sistemici ai reparării și regenerării țesuturilor complexe. NPJ Regen. Med. 6, 21 (2021).

4. S. Kriegman, D. Blackiston, M. Levin, J. Bongard, Un flux scalabil pentru proiectarea organismelor reconfigurabile. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 117, 1853–1859 (2020).

5. V. Zykov, E. Mytilinaios, B. Adams, H. Lipson, Robotică: Mașini autoreproducătoare. Nature 435, 163–164 (2005).

6. Z. Qu et al., Către baterii microscopice de înaltă performanță: Configurații și optimizarea materialelor pentru electrozi prin platforme analitice in-situ. Energy Storage Mater. 29, 17–41 (2020).

7. Q. Wu et al., Organ-on-a-chip: Descoperiri recente și perspective viitoare. Biomed. Eng. Online 19, 9 (2020).

8. E. Garreta et al., Regândirea tehnologiei organoide prin bioinginerie. Nat. Mater. 20, 145–155 (2021).

9. Y. Han et al., Celule stem mezenchimale pentru medicină regenerativă. Cells 8, 886 (2019).

10. S. F. Gilbert, S. Sarkar, Îmbrățișând complexitatea: Organicismul pentru secolul 21. Dev. Dyn. 219, 1–9 (2000).

11. G. S. Hussey, J. L. Dziki, S. F. Badylak, Materiale pe bază de matrice extracelulară pentru medicină regenerativă. Nat. Rev. Mater. 3, 159–173 (2018).