Unos científicos han dado a conocer las nuevas habilidades reproductivas de los “xenobots”, unos biorobots creados con células de rana.
Pequeñas “máquinas vivientes” hechas de células de rana pueden replicarse, haciendo copias que luego pueden hacer lo mismo. Esta forma de renovación recién descrita ofrece información sobre cómo diseñar máquinas biológicas que se perpetúan a sí mismas.
“Este es un avance increíblemente emocionante” para el campo de la robótica de base biológica, dice Kirstin Petersen, ingeniera eléctrica e informática de la Universidad de Cornell que estudia grupos de robots.
Los robots que pueden copiarse a sí mismos son un paso importante hacia sistemas que no necesitan humanos para operar, dice.
A principios de este año, robots vivientes hechos en laboratorio, llamados xenobots, sacados de los cuerpos en crecimiento de las ranas, pequeños grupos de células madre de piel de embriones de rana se entrelazaron en pequeñas esferas y comenzaron a moverse. Las extensiones celulares llamadas cilios servían como motores que impulsaban a los xenobots mientras navegaban alrededor de sus placas de laboratorio.
Ese crucero puede tener un propósito mayor, informan ahora los investigadores en las Actas del 7 de diciembre de la Academia Nacional de Ciencias. Mientras los xenobots se mueven, pueden juntar células de rana sueltas en esferas, que luego se fusionan en los propios xenobots.
Autorreplicación Cinemática
Este tipo de reproducción creada por el movimiento, llamada autorreplicación cinemática por los investigadores, parece ser nueva para las células vivas.
Por lo general, los organismos reproductores aportan algún material parental a su descendencia, dice el coautor del estudio Douglas Blackiston de la Universidad de Tufts en Medford, Massachusetts, y la Universidad de Harvard. La reproducción sexual, por ejemplo, requiere espermatozoides y óvulos de los padres para comenzar. Otros tipos de reproducción involucran células que se dividen o se desprenden de un padre.
“Aquí, esto es diferente”, dice Blackiston. Estos xenobots están “encontrando piezas sueltas, algo así como piezas robóticas en el entorno, y amontonándolas”. Luego, esas colecciones se convierten en “una segunda generación de xenobots que pueden moverse como sus padres”, dice Blackiston.
Podrían crear hasta cuatro generaciones
Dejados a sus propios dispositivos, los xenobots esferoides generalmente podrían crear solo una generación más antes de desaparecer, encontraron los investigadores. Pero con la ayuda de un programa de inteligencia artificial que predijo una forma óptima para los xenobots originales, la replicación podría llevarse a cuatro generaciones.
El programa de IA predijo que una forma de C, al igual que un Pac-Man con la boca abierta, sería un progenitor más eficiente.
Efectivamente, cuando los xenobots mejorados se soltaron en un plato, comenzaron a recoger células sueltas en sus “bocas” abiertas, formando más robots en forma de esfera. Una descendencia móvil tomó forma una vez que unas 50 células se habían unido en la abertura de un padre, dice Blackiston. Un xenobot de cuerpo completo consta de aproximadamente 4.000 a 6.000 células de rana.
El pequeño tamaño de Xenobots es una ventaja, dice Petersen. “El hecho de que hayan podido hacer esto a una escala tan pequeña lo hace aún mejor, porque puede comenzar a imaginar áreas de aplicación biomédica”, dice. Los xenobots minúsculos podrían esculpir tejidos para la implantación, por ejemplo, o ir al interior de los cuerpos para administrar terapias en lugares específicos.
Más allá de los posibles trabajos para los xenobots, la investigación avanza en una ciencia importante, una que tiene importancia existencial para los humanos, dice el coautor del estudio Michael Levin, biólogo del desarrollo en Tufts. Es decir, “la ciencia de intentar anticipar y controlar las consecuencias de sistemas complejos”, dice.
“Al principio, nadie habría predicho nada de esto”, dice Levin. “Estas cosas son habitualmente cosas que nos sorprenden”. Con los xenobots, los investigadores pueden superar los límites de lo inesperado. “Se trata de una forma segura de explorar y hacer avanzar la ciencia de estar menos sorprendido por las cosas”, dice Levin.
¿Robots u Organismos?
El rol de las células de ranas
Las células embrionarias en una rana xenopus laevis se convertirían en piel, pero el equipo las colocó en un contexto novedoso, para darles “la oportunidad de reimaginar su multicelularidad”, dando lugar a algo muy diferente, agregó Michael Levin de la Universidad de Tufts.
Aunque las células tienen el genoma de una rana, al ser “liberadas de convertirse en renacuajos, usan su inteligencia colectiva, una plasticidad, para hacer algo asombroso”, agregó Lavin.
El autor principal de la investigación, San Kriegman de la Universidad de Vermont, explicó que, por sí solo, el xenobot progenitor está compuesto por unas 3.000 células que forman una esfera: “Estas pueden hacer hijos, pero después el sistema normalmente se extingue. En realidad, es muy difícil conseguir que el sistema siga reproduciéndose”.
La forma de Pac-Man fue la mejor
Sin embargo, gracias a un programa de Inteligencia Artificial, un algoritmo evolutivo fue capaz de probar miles de millones de formas corporales en simulación -triángulos, cuadrados, pirámides, estrellas de mar- para encontrar las que permitían a las células ser más efectivas en la replicación “cinemática”, basada en el movimiento, de la que trata la nueva investigación.
Los científicos pidieron al superordenador cómo ajustar la forma inicial del progenitor y tras meses de trabajo dio con varios diseños, entre ellos uno que se parecía a un Pac-Man, que fue la forma con la que se construyó el xenobot, desarrollando así la parte biológica del estudio.
El objetivo, comprender mejor la replicación
Algunas personas pueden reaccionar con preocupación ante la noción de una biotecnología autorreplicante, pero los investigadores explican que su objetivo es comprender mejor las propiedad de la replicación:
“El mundo y las tecnologías están cambiando rápidamente. Es importante, para la sociedad en su conjunto, que estudiemos y comprendamos cómo funciona”, indicó Bongard.
