Si se les hubiera permitido seguir su desarrollo natural, las células madre tomadas de embriones de rana por un grupo de científicos de la Universidad de Vermont, se hubieran transformado en tejido epitelial o cardíaco en animales vivos. En vez de eso, en configuraciones diseñadas por algoritmos y construidas por humanos, estas células han sido ensambladas en algo totalmente nuevo: los primeros organismos vivos programables construidos íntegramente de células vivas.
Sus creadores los han denominado “xenobots”: pequeñas gotas de tamaño submilimétrico, que contienen entre 500 y 1.000 células que han sido capaces de moverse por sí solas a través de una placa de petri, autoorganizarse e incluso transportar diminutas cargas. Estos xenobots son distintos de cualquier organismo u órgano que nos hemos encontrado o creado hasta la fecha.
Las posibilidades de estas máquinas vivas diseñadas y personalizadas son muy amplias… desde la entrega selectiva de medicamentos en otro organismo hasta la regeneración ambiental. «Estas son máquinas vivas y nuevas”, afirma el científico robótico Joshua Bongard, de la Universidad de Vermont. «No son robots tradicionales o una especie conocida de animal. Es una nueva clase de artefacto: un organismo vivo y programable”.
El diseño de estos xenobots requirió un superordenador y un algoritmo que puede virtualmente reunir unos pocos cientos de células de la piel y del corazón de ranas en distintas configuraciones (algo parecido a los ladrillos LEGO), y similar los resultados. Se les asigna un objetivo deseado -como la locomoción- y el algoritmo crea diseños candidatos para producir ese resultado. El algoritmo diseñó miles de configuraciones de células, con variados niveles de éxito.
El equipo de investigadores seleccionó las configuraciones más eficientes, y conservaron las mejores, que fueron refinadas para obtener el mejor resultado posible. Diseñaron los diseños más prometedores para construir físicamente con células recogidas de los embriones de ranas africanas (Xenopus laevis). Resultó ser un trabajo laborioso, con el uso de pinzas microscópicas y un electrodo.
Tras juntar las células, las diferentes configuraciones fueron capaces de moverse según las simulaciones. Las células epiteliales actúan como una suerte de funda para que todo permanezca junto, mientras que las contracciones de los músculos coronarios permiten a los xenobots propulsarse.
Estas máquinas vivas se movieron a través de un ambiente acuoso durante una semana, antes de necesitar nutrientes adicionales. Mientras tanto, se alimentaron de sus almacenes de energía “precargados”, en forma de lípidos y proteínas.
Uno de los diseños tenía un agujero en el medio, en un intento de reducir la resistencia durante el movimiento por este medio acuoso. Este agujero podía extenderse a una bolsa para transportar objetos. A medida que evolucionaron el diseño original, incorporaron esta bolsa y transportaron un objeto en una simulación. Los xenobots movieron objetos una vez salieron de las simulaciones y se convirtieron en reales. Cuando su entorno se dispersó con partículas, los xenobots trabajaron juntos de forma espontánea, moviéndose de forma circular para empujar a las partículas hacia un punto.
Este es un trabajo fascinante. Según los investigadores, sus esfuerzos pueden proporcionar una perspectiva única sobre cómo se comunican las células y logran trabajar juntas. «Como hemos demostrado, estas células de rana pueden ser inducidas a crear formas vivas interesantes que son completamente diferentes de lo que sería su anatomía predeterminada«, comenta el biólogo Michael Levin, de la Universidad Tufts.
Aunque el equipo de investigadores califica a estos organismos como “vivos”, no son capaces de evolucionar por su cuenta; no tienen órganos reproductivos ni son capaces de multiplicarse. Cuando las células se quedan sin nutrientes, los xenobots simplemente se convierten en un montón de células muertas. Esto quiere decir que son biodegradables, lo que les otorga otra ventaja clave sobre los robots de metal y plástico.
Aunque el estado actual de estos xenobots es relativamente inofensivo, existe la posibilidad de que un trabajo futuro les incorpore células del sistema nervioso o las convierta en armas biológicas. A medida que este campo de investigación crezca, será necesario escribir, aplicar y cumplir con determinadas pautas de regulación y ética. Pero también hay mucho potencial beneficioso.
«Podemos imaginar muchas aplicaciones útiles de estos robots vivos que otras máquinas no pueden hacer» -asegura Levin- «como buscar compuestos nocivos o contaminación radiactiva, recolectar microplásticos en los océanos, viajar en arterias para eliminar la placa acumulada que las obstruye«.
La investigación ha sido publicada en PNAS, y el equipo de investigación ha publicado su código fuente para que esté disponible de forma gratuita en Github.
Fuente: Universidad de Vermont.
