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A partir de células de embriones de ranas fabrican los primeros robots vivos

▲ Organismo cuadrúpedo creado a partir de células de piel y músculo cardiaco de rana africana, de 650–750 micrones de diámetro, un poco más pequeño que la cabeza de un alfiler.Foto Douglas Blackiston, Tufts University

Europa Press

 

Periódico La Jornada
Miércoles 15 de enero de 2020, p. 2

Madrid. Científicos de las universidades de Vermont y Tufts han reutilizado células vivas –raspadas de embriones de rana– en formas de vida completamente nuevas, consideradas robots vivos.

Estos xenobots, de un milímetro de ancho, pueden moverse hacia un objetivo, tal vez levantar una carga útil (como un medicamento que debe llevarse a un lugar específico dentro de un paciente) y curarse a sí mismos después de ser cortados.

Estas son máquinas vivas novedosas, dice Joshua Bongard, experto en informática y robótica de la Universidad de Vermont, quien fue el colíder de la nueva investigación. No son un robot tradicional ni una especie conocida de animales. Es una nueva clase de artefactos: un organismo vivo y programable, explica en un comunicado.

Las nuevas criaturas fueron diseñadas en una supercomputadora en la Universidad de Vermont, y luego ensambladas y probadas por biólogos en la Universidad de Tufts. Podemos imaginar muchas aplicaciones útiles de estos robots vivos que otras máquinas no pueden hacer, dice el colíder Michael Levin, quien dirige el Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo en Tufts, como buscar compuestos desagradables o contaminación radiactiva, recolectar microplásticos en los océanos o viajar en arterias raspando placas.

Esta investigación, por primera vez, diseña máquinas completamente biológicas desde cero, escribe el equipo en su nuevo estudio, publicado en PNAS.

La supercomputadora

Con meses de tiempo de procesamiento en el clúster de supercomputadora Deep Green en el Vermont Advanced Computing Core de UVM, el equipo, incluido el autor principal y estudiante de doctorado Sam Kriegman, utilizó un algoritmo evolutivo para crear miles de diseños candidatos para las nuevas formas de vida.

Intentando lograr una tarea asignada por los científicos, como la locomoción en una dirección, la computadora, una y otra vez, volvería a ensamblar unos cientos de células simuladas en innumerables formas corporales. A medida que se ejecutaban los programas, impulsados por reglas básicas sobre la biofísica de lo que la piel de rana y las células cardiacas pueden hacer, los organismos simulados más exitosos se mantuvieron y refinaron, mientras los diseños fallidos se descartaron. Después de cien ejecuciones independientes del algoritmo, se seleccionaron los diseños más prometedores para la prueba.

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 recolectaron células madre, cosechadas de embriones de ranas africanas, la especie Xenopus laevis (de ahí el nombre de xenobots). Estos se separaron en células individuales y se dejaron incubar. Luego, usando unas pinzas diminutas y un electrodo aún más pequeño, las células se cortaron y unieron bajo un microscopio en una aproximación 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 las contracciones una vez aleatorias de las células del músculo cardiaco se pusieron a trabajar creando un movimiento ordenado hacia adelante, según lo guiado por el diseño de la computadora, y ayudado por patrones espontáneos de autorganización, lo que permite que los robots se muevan sobre sí mismos.

Se demostró que estos organismos reconfigurables pueden moverse de manera coherente y explorar su entorno acuoso durante días o semanas, impulsados por depósitos de energía embrionaria.

Es un paso hacia el uso de organismos diseñados por computadora para la entrega inteligente de medicamentos, dice Bongard, profesor del Departamento de Ciencias de la Computación y Centro de Sistemas Complejos de la Universidad de Vermont. Estos xenobots son completamente biodegradables, explica; cuando terminan su trabajo después de siete días, son sólo células muertas de la piel.


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