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Los científicos construyen los primeros robots vivos que pueden reproducirse

Xenobots 3.0 puede reunir cientos de células individuales, comprimirlas y ensamblarlas en 'bebés' liberados de sus bocas en forma de Pac-Man.

En un avance potencial para la medicina regenerativa, los científicos han creado los primeros robots vivos que pueden reproducirse.

Las máquinas vivientes de tamaño milimétrico, llamadas Xenobots 3.0, no son robots tradicionales ni una especie de animal, sino organismos vivos programables.

Hechos de células de rana, los organismos diseñados por computadora, creados por un equipo de EE. UU., Reúnen células individuales dentro de una ‘boca’ en forma de Pac-Man y liberan ‘bebés’ que se ven y se mueven como sus padres.

Los bio-robots vivos autorreplicantes podrían permitir un tratamiento farmacológico más directo y personalizado para lesiones traumáticas, defectos de nacimiento, cáncer, envejecimiento y más.

Xenobots 3.0 puede reunir cientos de células individuales, comprimirlas y ensamblarlas en ‘bebés’ liberados de sus bocas en forma de Pac-Man.

¿QUÉ SON XENOBOTS?

Los xenobots no son ni un robot tradicional ni una especie de animal conocida, sino un organismo vivo y programable.

Están hechos de células madre adaptadas de Xenopus laevis, una especie de rana africana.

Su forma ha sido diseñada por una computadora para poder replicarse a lo largo de varias generaciones.

Ningún animal o planta conocido por la ciencia se replica de esta manera.

Xenobots ayudará a desarrollar organismos diseñados por computadora para la administración inteligente de medicamentos.

Los xenobots son el trabajo de biólogos e informáticos de la Universidad de Tufts y la Universidad de Vermont (UVM), que han detallado su creación en un nuevo estudio.

Xenobots 3.0 sigue a los Xenobots originales, reportados en 2020 como los primeros robots vivientes, y Xenobots 2.0, que pueden autopropulsarse usando ‘piernas’ parecidas a pelos llamadas cilios y tienen la capacidad de guardar recuerdos.

‘Encontramos Xenobots que caminan. Encontramos Xenobots que nadan. Y ahora, en este estudio, hemos encontrado Xenobots que se replican cinemáticamente ”, dijo el autor del estudio Joshua Bongard, científico informático y experto en robótica de la Universidad de Vermont.

«Hemos descubierto que existe este espacio previamente desconocido dentro de los organismos o sistemas vivos, y es un espacio vasto».

Xenobots ayudará a desarrollar organismos diseñados por computadora para la administración inteligente de medicamentos, según el equipo.

«Si supiéramos cómo decirle a las colecciones de células que hagan lo que queremos que hagan, en última instancia, esa es la medicina regenerativa, esa es la solución para las lesiones traumáticas, los defectos de nacimiento, el cáncer y el envejecimiento», dijo Michael Levin de la Universidad de Tufts.

“Todos estos problemas diferentes están aquí porque no sabemos cómo predecir y controlar qué grupos de células se van a construir. Los Xenobots son una nueva plataforma para enseñarnos ‘.

Un organismo 'padre' diseñado por IA y con forma de Pac-Man (en rojo) junto a las células madre que se han comprimido en una bola: la 'descendencia' (verde)

Un organismo ‘padre’ diseñado por IA y con forma de Pac-Man (en rojo) junto a las células madre que se han comprimido en una bola: la ‘descendencia’ (verde)

En 2020, los científicos revelaron que habían construido a mano los Xenobots originales diseñados por computadora, adaptados a partir de células madre de Xenopus laevis, una especie de rana que se encuentra en partes de África.

¿QUÉ SON LAS CÉLULAS MADRE?

Las células madre son células humanas especiales que tienen la capacidad de convertirse en muchos tipos de células diferentes, desde células musculares hasta células cerebrales.

En algunos casos, también tienen la capacidad de reparar tejidos dañados.

Las células madre se dividen en dos formas principales: células madre embrionarias y células madre adultas.

Las células madre embrionarias pueden convertirse en todos los tipos de células del cuerpo porque son pluripotentes; pueden dar lugar a muchos tipos de células diferentes.

Las células madre adultas se encuentran en la mayoría de los tejidos adultos, como la médula ósea o la grasa, pero tienen una capacidad más limitada para dar lugar a diversas células del cuerpo.

Mientras tanto, las células madre pluripotentes inducidas (iPSC) son células adultas que se han reprogramado genéticamente para parecerse más a las células madre embrionarias.

Las células madre, que pueden convertirse en cualquier tejido u órgano, se recolectaron de los embriones de las ranas y se dejaron incubar.

Luego, con unas pinzas diminutas y un electrodo aún más pequeño, un microcirujano cortó y unió las células individuales bajo un microscopio en las formas especificadas por una computadora.

Reunidas en formas corporales nunca vistas en la naturaleza, las células comenzaron a trabajar juntas, impulsadas por reservas de energía embrionaria.

En ese momento, demostraron que los bots estaban programados para realizar una variedad de tareas, incluida la entrega de medicamentos directamente a un punto del cuerpo.

Esta nueva generación, Xenobots 3.0, utiliza células madre de la misma especie de rana.

Xenobots 3.0 puede reunir cientos de células individuales, comprimirlas y ensamblarlas en ‘bebés’ liberados de sus bocas en forma de Pac-Man.

Unos días después, estos ‘bebés’ se convierten en nuevos Xenobots que se ven y se mueven como sus ‘padres’.

Y luego, estos nuevos Xenobots pueden salir, encontrar células y crear copias de sí mismos, y el proceso se repite una y otra vez.

En una rana Xenopus laevis, estas células madre embrionarias generalmente se convertirían en piel.

«Estarían sentados en el exterior de un renacuajo, manteniendo alejados a los patógenos y redistribuyendo la mucosidad», dijo Levin.

Pero los estamos poniendo en un contexto novedoso. Les damos la oportunidad de reinventar su multicelularidad.

“Estas células tienen el genoma de una rana, pero, liberadas de convertirse en renacuajos, usan su inteligencia colectiva, una plasticidad, para hacer algo asombroso.

Primer plano de tres jóvenes ranas africanas con garras (Xenopus laevis).  Se utilizaron células madre embrionarias de esta especie para crear los 'Xenobots'

Primer plano de tres jóvenes ranas africanas con garras (Xenopus laevis). Se utilizaron células madre embrionarias de esta especie para crear los ‘Xenobots’

Por sí solo, el padre Xenobot, compuesto por unas 3.000 células, forma una esfera, pero no puede reproducirse eficazmente durante varias generaciones.

«Estos pueden tener hijos, pero luego el sistema normalmente desaparece después de eso», dijo Sam Kriegman en Tuft’s. «En realidad, es muy difícil conseguir que el sistema se siga reproduciendo».

Entonces, el equipo usó una computadora, específicamente un algoritmo de inteligencia artificial (IA) en el grupo de supercomputadoras Deep Green en UVM.

El algoritmo pudo probar miles de millones de formas corporales en simulación (triángulos, cuadrados, pirámides, estrellas de mar) para encontrar otras que se replican.

« Le pedimos a la supercomputadora de UVM que averiguara cómo ajustar la forma de los padres iniciales, y la IA ideó algunos diseños extraños después de meses de trabajo, incluido uno que se parecía a Pac-Man », dijo Kriegman.

‘Es muy poco intuitivo. Parece muy simple, pero no es algo que se le ocurriera a un ingeniero humano. ¿Por qué una boca diminuta? ¿Por qué no cinco? Enviamos los resultados a Doug y él construyó estos Xenobots padres con forma de Pac-Man.

Una simulación de un organismo diseñado por computadora que recolecta células madre en el medio ambiente (izquierda) predice con precisión el comportamiento del sistema in vitro (derecha)

Una simulación de un organismo diseñado por computadora que recolecta células madre en el medio ambiente (izquierda) predice con precisión el comportamiento del sistema in vitro (derecha)

«Entonces esos padres construyeron hijos, quienes construyeron nietos, quienes construyeron bisnietos, quienes construyeron tataranietos».

En otras palabras, el diseño de Pac-Man amplió enormemente el número de generaciones.

En respuesta a cualquier inquietud ética que pueda tener el público, el equipo enfatiza que los Xenobots están completamente contenidos en un laboratorio, se extinguen fácilmente y son examinados por expertos en ética federales, estatales e institucionales.

«Este es un sistema ideal para estudiar sistemas autorreplicantes», dijo Bongard. ‘Tenemos un imperativo moral de entender las condiciones bajo las cuales podemos controlarlo, dirigirlo, apagarlo, exagerarlo.

Es importante, para la sociedad en su conjunto, que estudiemos y entendamos cómo funciona esto ‘.

El estudio del equipo se ha publicado en la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

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Fuente de la Noticia

Escrito por Redacción

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