Crean los primeros robots vivos que se autorreplican: podrían ser la solución al cáncer

Crean los primeros robots vivos que se autorreplican: podrían ser la solución al cáncer
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Mitad animal, mitad robot. El futuro ya está aquí. Después de ‘construir’ máquinas vivientes a partir de células de embriones de rana, un grupo de científicos ha creado los primeros ‘biobots’. Robots vivos, capaces de reproducirse de una manera jamás observada antes en el mundo animal o vegetal. Esta nueva forma de autorreplicación biológica supone un prometedor avance para la medicina regenerativa. Podría ser, incluso, la solución al cáncer y al envejecimiento.

Los ‘xenobots’, creados gracias a la reutilización de células vivas obtenidas de embriones de rana de uñas africanas (Xenopus laevis), fueron diseñados en una supercomputadora a partir de bloques de construcción biológicos específicos basados en un algoritmo evolutivo.

Estos biobots, creados por un grupo de jóvenes investigadores estadounidenses, ya habían sido ‘presentados’ en público en 2020. Entonces, medían un milímetro de largo y eran capaces de moverse hacia un objetivo marcado, levantar carga útil o autocurarse tras un corte.

No son ni robots tradicionales ni una especie animal ya conocida, sino una nueva clase de artefacto, un organismo vivo y programable”, señalaba entonces Joshua Bongard, uno de los responsables de la investigación y experto en robótica y computación de la Universidad de Vermont (UVM).

Era la primera vez que se diseñaban máquinas completamente biológicas desde cero. ¿Aplicaciones prácticas? Podrían servir para suministrar medicamentos, limpiar residuos tóxicos o incluso para recoger microplásticos en los océanos, aventuraban los científicos.

Pero ahora se ha dado un paso más. Un paso gigantesco. En un nuevo estudio publicado en la revista PNAS, los científicos acaban de presentar los primeros robots vivos autorreplicantes de la historia, gracias al hallazgo de una nueva forma de reproducción biológica.

Diseñados por ordenador y ensamblados a mano

Diseñados por ordenador y ensamblados a manoLos investigadores extrajeron células cutáneas no modificadas genéticamente de renacuajos de Xenopus y las incubaron para producir organismos móviles y multicelulares cubiertos de cilios (estructuras celulares con aspecto de pestaña).

Diseñados por ordenador y ensamblados a mano en formas corporales nunca antes vistas, estos organismos, pueden nadar en una placa Petri, encontrar células individuales y reunir cientos de ellas y juntar ‘bebés’ xenobot en el interior de su boca en forma de Pac-Man.

Unos cinco días más tarde, se convierten en nuevas máquinas vivas, que pueden observarse y moverse de la misma manera. A su vez, encuentran células y construyen copias de sí mismos, una y otra vez.

“Con el diseño adecuado, estos robots vivientes se autorreplican espontáneamente”, afirma Joshua Bongard, informático y experto en robótica de la UVM, que ha codirigido el trabajo.

Las células embrionarias de rana empleadas para crear los xenobots estaban destinadas a convertirse en piel. Situadas en el exterior del renacuajo, su función iba a ser la de mantener a los patógenos alejados y redistribuir la mucosidad. Pero los investigadores las colocaron en otro contexto completamente novedoso.

“Les dimos la oportunidad de reimaginar su multicelularidad”, señala Michael Levin, profesor de biología y director del Allen Discovery Center de la Universidad de Tufts y colíder del trabajo. Y lo que ‘imaginaron’ fue algo muy diferente a la piel.

Estas células tienen el genoma de una rana, pero, liberadas de convertirse en renacuajos, utilizan su inteligencia colectiva, su plasticidad, para hacer algo asombroso. Es 100 % ADN de rana, pero no son rana”, añade Levin. Nunca antes se había observado una manera de reproducción así en un animal o una planta.

De hecho se replican de una forma “muy diferente” a como lo hacen estos anfibios, relata Sam Kriegman, autor principal del estudio.

Un diseño parecido al Pac-Man

Un diseño parecido al Pac-ManPor sí solo, el progenitor xenobot, compuesto por unas 3.000 células, adopta forma de esfera. “Estas (células) pueden ‘hacer’ hijos, pero después el sistema normalmente se extingue. En realidad, es muy difícil conseguir que el sistema siga reproduciéndose”, revela Kriegman.

Gracias a un programa de inteligencia artificial, un algoritmo evolutivo probó miles de millones de formas corporales en simulación (triángulos, cuadrados, pirámides, estrellas de mar, etcétera) para encontrar las que permitían a las células ser más efectivas en la replicación ‘cinemática’ basada en el movimiento, que nunca antes se había observado a escala de células u organismos enteros.

“Pedimos al superordenador de la UVM que averiguara cómo ajustar la forma de los progenitores iniciales y dio con algunos diseños extraños tras meses de trabajo, incluido uno que se parecía a Pac-Man”, rememora Sam Kriegman, del Centro Allen de Tufts.

Aunque los investigadores se extrañaron de la forma de la boca –poco intuitiva, pequeña y única–, enviaron los resultados a Douglas Blackiston, científico principal de la Universidad de Tufts que reunió a los ‘padres’ xenobot con forma de Pac-Man y desarrolló la parte biológica del nuevo estudio. A partir de ahí, los biobots crearon hijos, nietos, bisnietos y tataranietos, ampliando el número de generaciones.

La creación de estas máquinas vivientes supone trabajar más profundidad en la comprensión de la replicación: “El mundo y las tecnologías están cambiando rápidamente. Es importante, para la sociedad en su conjunto, que estudiemos y entendamos cómo funciona”, apunta Bongard.

¿La solución al cáncer y al envejecimiento?

¿La solución al cáncer y al envejecimiento?Según los científicos, esta investigación es prometedora para la medicina regenerativa. Pero estos robots vivos podría propiciar avances espectaculares también en otros campos.

Si supiéramos cómo decirle a los grupos de células que hagan lo que queremos que hagan, sería la solución a las lesiones traumáticas, los defectos de nacimiento, el cáncer y el envejecimiento”, resalta Levin, para quien estos problemas existen porque aún no se sabe cómo predecir y controlar qué grupos de células van a construir. “Los xenobots son una nueva plataforma para enseñarnos”, concluye.

Estas máquinas vivientes de tamaño milimétrico, creadas por completo en laboratorio, fácilmente extinguibles y examinadas por expertos, se convierten en el sistema ideal para estudiar los sistemas autorreplicantes.

“Tenemos el imperativo moral de comprender las condiciones en las que podemos controlarla, dirigirla, apagarla o exagerarla”, recalcan los autores, en referencia a la autorreplicación.

Otra ‘ventaja’ de estos robots es que son, totalmente biodegradables: cuando terminan su trabajo tras unos siete días se convierten en células de piel muertas.

Los xenobots están camino de ayudar a descifrar el “código morfogenético”, que proporciona una visión profunda, de cómo los organismos están organizados y cómo computan y almacenan información basada en sus historias y en el ambiente.

Estudio de referencia: https://www.pnas.org/content/118/49/e2112672118

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Foto principal: PNAS