«Robots vivos» para limpiar residuos tóxicos o recoger microplásticos en los océanos

Actualizado: 28/10/2021

Un equipo de científicos ha reutilizado células vivas de rana y las ha ensamblado en formas de vida completamente nuevas. Estos «xenobots» milimétricos pueden moverse hacia un objetivo, tal vez recoger una carga (como un medicamento que hay que llevar a un lugar específico dentro de un paciente) y curarse a sí mismos después dañarse.

«Son máquinas vivas únicas«, dice Joshua Bongard, científico informático y experto en robótica de la Universidad de Vermont, que codirigió la nueva investigación. «No son ni un robot tradicional ni una especie animal conocida. Es una nueva clase de máquina biológica: un organismo vivo y programable«.

Las nuevas criaturas fueron diseñadas en una supercomputadora en la UVM y luego ensambladas y probadas por biólogos de la Universidad de Tufts.

Podemos imaginar muchas aplicaciones útiles de estos robots vivos que otras máquinas no pueden hacer, como limpiar contaminación radioactiva, recoger microplásticos en los océanos, viajar en las arterias para curar desde dentro del organismo.

Michael Levin, Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo de Tufts.

La gente ha estado manipulando organismos para el beneficio humano desde los albores de la agricultura, la edición genética se está generalizando y unos pocos organismos artificiales han sido ensamblados manualmente en los últimos años, copiando las formas de animales conocidos.

Pero esta investigación, por primera vez en la historia, «diseña máquinas completamente biológicas desde la base«, escribe el equipo en su nuevo estudio.

Meses de procesamiento en el clúster de supercomputadoras Deep Green en el Centro de Computación Avanzada de Vermont de la UVM, el equipo -incluyendo al autor principal y estudiante de doctorado Sam Kriegman- usó un algoritmo evolutivo para crear miles de diseños candidatos para las nuevas formas de vida.

A medida que se procesaban los cálculos -conducidos por reglas básicas sobre la biofísica de lo que puede hacer una sola piel de rana y células cardíacas- los organismos simulados más exitosos se mantuvieron y refinaron, mientras que los diseños fallidos se desecharon. Después de cien ejecuciones independientes del algoritmo, se seleccionaron los diseños más prometedores para ser probados.

Luego el equipo de Tufts, dirigido por Levin y con el trabajo clave del microcirujano Douglas Blackiston- transfirió los diseños in silico a la vida. Primero recogieron células madre, cosechadas de los embriones de ranas africanas, la especie Xenopus laevis. (De ahí el nombre de «xenobots».) Éstas se separaron en células individuales y dejadas para incubar. Luego, usando unas diminutas pinzas y un electrodo aún más pequeño, las células fueron cortadas y unidas bajo el microscopio en una aproximación cercana a los diseños especificados por la computadora.

Ensambladas en formas corporales nunca vistas en la naturaleza, las células comenzaron a trabajar juntas. Las células de la piel formaron una arquitectura más pasiva, mientras que las contracciones, antes aleatorias, de las células del músculo cardíaco se pusieron a trabajar creando un movimiento ordenado hacia delante, guiado por el diseño del ordenador, y ayudado por patrones espontáneos de auto-organización, permitiendo a los robots moverse por sí mismos.

Las utilidades para estos minirobots son muchas y muy variadas, desde recoger microplásticos en los océanos, limpiar productos tóxicos o reparar órganos humanos dentro del organismo.

Como hemos demostrado, estas células de rana se pueden configurar para construir formas de vida interesantes que son completamente diferentes de lo que sería su anatomía por defecto.

Si la humanidad va a sobrevivir en el futuro, necesitamos entender mejor cómo las propiedades complejas, de alguna manera, emergen de reglas simples.

Creo que es una necesidad absoluta para que la sociedad siga adelante y pueda manejar mejor los sistemas en los que el resultado es muy complejo.

Más información: www.uvm.edu