Martes, 14 de enero de 2020

Un equipo de científicos ha logrado construir milimétricos “robots vivos”, ensamblados a partir de células de ranas y que podrían servir para suministrar medicamentos, limpiar residuos tóxicos o recoger microplásticos en los océanos.

Llamados xenobots en honor a la rana africana con garras (Xenopus laevis) de la que tomaron sus células madre, las máquinas tienen menos de un milímetro (0,1 centímetros) de ancho, lo suficientemente pequeñas como para viajar dentro del cuerpo humano. Pueden caminar y nadar, sobrevivir durante semanas sin comida y trabajar juntas en grupos.

¿Qué son los ‘xenobots’?

Científicos de las universidades de Vermont y de Tufts han diseñado por primera vez estos minúsculos robots biológicos hechos a partir de células cardíacas y de la piel de una rana africana (Xenopus laevis). Estos ‘xenobots’, bautizados así por el animal del que proceden, miden aproximadamente medio milímetro.

Las células embrionarias se combinan con células contráctiles extraídas de progenitores cardiacos. Se ponen juntas en un cultivo tridimensional, y algunas de ellas empiezan a moverse solas, porque las células se mueven. Lo que los investigadores determinan es cuál es la composición por las que efectúan determinados movimientos.

¿Cómo se han diseñado?

Los investigadores estadounidenses comenzaron usando un algoritmo evolutivo -aquellos basados en los postulados de la evolución biológica- para crear miles de posibles diseños para estas nuevas formas de vida. Lo consiguieron gracias al superordenador Deep Green de la Universidad de Vermont. Después aplicaron reglas básicas de biofísica para establecer qué podían hacer las células de la piel o cardíacas y se quedaron con aquellos organismos simulados más exitosos.

Luego, transfirieron estos diseños a la vida: primero recolectaron células madre “cosechadas” de los embriones de ranas africanas, y luego las separaron en células individuales y las dejaron incubar.

Más tarde, con ayuda de unas diminutas pinzas y un electrodo aún más pequeño, las células fueron cortadas y unidas otra vez bajo el microscopio copiando los modelos conseguidos en el supercomputador. Ensambladas en “formas corporales nunca antes vistas” en la naturaleza, las células comenzaron a trabajar juntas.

¿Por qué la rana Xenopus laevis?

Se ha escogido a este animal básicamente por su versatilidad y su facilidad para trabajar con él en el laboratorio: “se trata de un modelo experimental de toda la vida; con el que hemos trabajado infinidad de científicos para muy distintas cosas, porque es muy manejable, come estupendamente, se adapta muy bien al laboratorio…”.

Son tejidos muy conocidos, el desarrollo embrionario Xenopus laevis es súperconocido, y el objetivo es después escalarlo, hacerlo con células de mamíferos o incluso con células humanas. La idea de los científicos no es quedarse aquí.

¿Es un avance realmente importante?

No se ha descubierto nada que no estuviera ya en la mente de muchos científicos por distintas aproximaciones experimentales: construir, reconstruir agregados celulares, tejidos, órganos, etc.”.

Son células que responden a determinados estímulos a tenor del tipo de combinaciones y procesamientos que se hayan hecho para su creación.

Este avance lo que demuestra es que un grupo de células obedece a los estímulos bajo cuya influencia han sido creados. Algo que no es conceptualmente nuevo, aunque ahora es cuando lo han convertido en realidad. El verdadero salto llegará cuando se extrapolen a tejidos más complicados.

¿Se podrá aumentar su complejidad?

La escalabilidad será el mayor reto que los científicos tendrán por delante. Los ‘xenobots’ son solo un comienzo, y el desarrollo tampoco es claro.

 
Muchas veces en ciencia cuando quieres subir esa escala resulta que se hace tan complicado o tan caro que se abandona. Como dice alguno de los miembros del equipo investigador, las preguntas importantes son realmente cómo cooperan las células, cómo obtienen funciones, complejos celulares de varias unidades, cómo saben qué tienen que hacer y qué no.

¿Son realmente seres vivos?

Según Joshua Bongard, uno de sus responsables del proyecto y experto en robótica y computación de la Universidad de Vermont, los ‘xenobots’ son “máquinas vivas novedosas”. El científico estadounidense apunta que: “no son ni robots tradicionales ni una especie animal ya conocida, sino una nueva clase de artefacto, un organismo vivo y programable”.

¿Qué utilidad podrían tener?

Sus potenciales usos son muy variados, aunque todos están todavía muy lejos de convertirse en realidad. Los autores hablan de suministrar medicamentos, detectar tumores, limpiar residuos tóxicos y plásticos…

Cómo funcionan los xenobots

Los investigadores comenzaron usando un algoritmo evolutivo -aquellos basados en los postulados de la evolución biológica- para crear miles de posibles diseños para estas nuevas formas de vida. Después aplicaron reglas básicas de Biofísica para establecer qué podían hacer las células de la piel o cardíacas y se quedaron con aquellos organismos simulados más exitosos y se desechó el resto.

Luego, los biólogos de Tufts, transfirieron estos diseños a la vida: primero recolectaron células madre “cosechadas” de los embriones de ranas africanas, en concreto de la especie “Xenopus laevis” -de ahí el nombre de los “xenobots”-; luego las separaron en células individuales y las dejaron incubar, continúa el comunicado. Más tarde, con ayuda de unas diminutas pinzas y un electrodo aún más pequeño, las células fueron cortadas y unidas otra vez bajo el microscopio copiando los modelos conseguidos en el supercomutador.

Los robots se mueven por su cuenta

Ensambladas en “formas corporales nunca antes vistas” en la naturaleza, las células comenzaron a trabajar juntas, aseguraron los investigadores, que explicaron que las células de la piel formaron una arquitectura más pasiva, mientras que las del músculo cardíaco fueron puestas a trabajar creando un movimiento hacia adelante más ordenado, tal y como habían diseñado los algoritmos.

Todo esto, agregaron, ayudado por patrones espontáneos de auto-organización, permitiendo que los robots se movieran por su cuenta. Estos robots son, además, totalmente biodegradables: cuando terminan su trabajo tras siete días son solo células de piel muertas. “Miras las células con las que hemos estado construyendo nuestros xenobots y, genómicamente, son ranas; es cien por cien ADN de rana…pero no son ranas”, apuntó Levin, quien se preguntó qué más son capaces de hacer estas células.

Y es que construir estos xenobots -que seguirán desarrollando- es un pequeño paso para descifrar lo que este investigador llama “código morfogenético”, que proporciona una visión más profunda, de forma general, de cómo los organismos están organizados y cómo computan y almacenan información basada en sus historias y ambiente.


Publicado por jacintoluque @ 17:02
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