‘Biobots’ Los robots vivientes del futuro

Fabricados a partir de células vivas extraídas de embriones de rana, pueden moverse hacia un objetivo y levantar una carga útil. Los expertos subrayan que no son máquinas tradicionales, sino “un organismo vivo y programable”

15.01.2020 | 06:23
Uno de los ‘biobots’ de medio milímetro creados por el equipo de investigadores.

Científicos de las universidades de Vermont y Tufts, en Estados Unidos, han reutilizado células vivas -raspadas de embriones de rana- en formas de vida completamente nuevas, consideradas robots vivientes.

Estos biobots, también conocidos como xenobots, de un milímetro de ancho, pueden moverse hacia un objetivo y podrían ser capaces de 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, un 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 arterias raspando placas".

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

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.

Organismos exitosos 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 y formas corporales. A medida que se ejecutaban los programas, los organismos simulados más exitosos se mantuvieron y refinaron, mientras que los diseños fallidos se descartaron. Después de cien ejecuciones independientes del algoritmo, se seleccionaron los diseños más prometedores.

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 los embriones de ranas africanas, la especie Xenopus laevis. 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 cercana de 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 una vez aleatorias de las células del músculo cardíaco 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 autoorganización, lo que permite que los robots se muevan sobre sí mismas.

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. Sin embargo, volcados, fallaron, como escarabajos volteados sobre sus espaldas.

Pruebas posteriores mostraron que grupos de xenobots se moverían en círculos, empujando los gránulos hacia una ubicación central, de forma espontánea y colectiva. Otros fueron construidos con un agujero a través del centro para reducir la resistencia. En versiones simuladas de estos, los científicos pudieron reutilizar este agujero como una bolsa para transportar con éxito un objeto.

"La desventaja del tejido vivo es que es débil y se degrada", dice Bongard, que añade que "estos xenobots son completamente biodegradables, cuando terminan su trabajo después de siete días, son solo células muertas de la piel". - E.P.

La Clave

Dos tipos de células. La investigación se basa en dos tipos de células de la rana de uñas africana: células contráctiles del corazón (con capacidad de moverse) y células pasivas de la piel (no se mueven).

La cifra

Células. Los científicos han hecho simulaciones de más de 270.000 células durante la investigación.