Pequeñas máquinas vivientes llamadas xenobots pueden crear copias de sí mismas

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, los investigadores describieron los comportamientos de los robots vivientes hechos en laboratorio, llamados xenobots (SN: 31/3/21). Arrancados 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 el 7 de diciembre. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. Mientras los xenobots se mueven, pueden juntar células de rana sueltas en esferas, que luego se fusionan en xenobots ellos mismos.

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.

Las máquinas vivas llamadas xenobots son gotas de células madre de rana que se entrelazan. Los científicos ahora han descubierto que los bots pueden auto-replicarse. Un xenobot en forma de C fue más eficiente para recolectar células madre sueltas en su abertura, un comportamiento que conduce a más xenobots móviles.

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 rutinariamente haciendo 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.


Source: Science News by www.sciencenews.org.

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