Con la ayuda de una supercomputadora, los científicos han construido pequeñas máquinas compuestas en su totalidad de materiales biológicos. Capaces de sobrevivir durante días e incdeluso semanas, estos xenobots podrían usarse para administrar medicamentos dentro del cuerpo y limpiar el medio ambiente.
Una nueva investigación publicada en Proceedings of the National Academy of Sciences describe el xenobot, un “organismo reconfigurable” diseñado por un equipo colaborativo de la Universidad de Tufts, la Universidad de Vermont y el Instituto Wyss de Harvard.
“Estas son máquinas vivientes novedosas”, dijo Joshua Bongard, un robotista de la Universidad de Vermont y co-líder del nuevo estudio, en un comunicado de prensa. “No es un robot tradicional ni una especie de animal conocido. Es una nueva clase de artefactos: un organismo vivo y programable”.
Que los autores describan su creación como “organismos”, “máquinas vivientes” y “formas de vida” es audaz, dado que estas criaturas artificiales no pueden reproducirse, alimentarse o responder a estímulos externos, entre otros requisitos para la vida. Al mismo tiempo, sin embargo, estos xenobots son notablemente realistas ya que están compuestos completamente de materiales biológicos, se alimentan de la energía suministrada por sus células, se mueven con intención e incluso reparan sus heridas. Ciertamente podemos cuestionar si estos robots califican o no como realmente vivos, pero sin duda son un precursor de formas de vida construidas artificialmente completamente formadas.
Pero nos estamos adelantando un poco. Estos xenobots, que miden alrededor de un milímetro de ancho, podrían ser inmensamente útiles incluso en esta forma preliminar básica. Según los investigadores, llegado el caso podrían administrar medicamentos dentro del cuerpo, ayudar como remedio ambiental e incluso mejorar nuestra comprensión de la biología. En el comunicado de prensa, el investigador y coautor del estudio de la Universidad de Tufts, Michael Levin, dijo que los xenobots podrían buscar “compuestos desagradables o contaminación radiactiva”, recoger microplásticos en los océanos y viajar dentro de “arterias para limpiar la placa”.
Y debido a que estos robots están hechos completamente de células, en lugar de acero o plástico, son biodegradables por defecto. Grandes flotas de xenobots podrían enviarse al medio ambiente o al interior del cuerpo humano para hacer su trabajo, y luego simplemente deteriorarse como cualquier otra célula biológica una vez que se complete su tarea. Una versión avanzada de los xenobots, quizás ayudada con nanotecnología molecular o bacterias de bioingeniería, podría convertir los materiales no deseados en una forma inerte e inofensiva.
Los xenobots fueron diseñados inicialmente por una supercomputadora ubicada en la Universidad de Vermont. Utilizando un algoritmo evolutivo, los investigadores idearon miles de posibles diseños para su nueva forma de vida, siendo la capacidad de locomoción unidireccional un requisito físico fundamental. Para hacer esto, el algoritmo tomó cientos de células simuladas y las reconfiguró de varias maneras hasta que surgieron las soluciones más viables.
Los mejores candidatos fueron construidos y probados en la Universidad de Tufts. Allí, los científicos adquirieron sus componentes básicos biológicos mediante la extracción de células madre de embriones de rana africana, específicamente Xenopus laevis, que es de donde proviene el nombre xenobots. Luego se cultivaron células especializadas y se ensamblaron meticulosamente para que coincidieran con la forma diseñada por la computadora. Las células resistentes de la piel proporcionaron la estructura básica, y las células del músculo cardíaco, que se contraen y expanden espontáneamente, proporcionan los medios de locomoción.
En las pruebas, los xenobots pudieron moverse por su entorno acuático durante días, a veces incluso semanas, dependiendo de la cantidad de energía disponible en sus células, sin agregar nutrientes adicionales al medio ambiente. Es importante destacar que los robots pudieron moverse en una sola dirección e incluso empujar los gránulos hacia una ubicación central. Un diseño permitió una bolsa, dentro de la cual los productos químicos, como los medicamentos, podrían almacenarse con el fin de entregarlos.
En una prueba para ver qué sucedería cuando un xenobot se cortara casi por la mitad, el bot se unió automáticamente y pudo volver a la normalidad. Este tipo de “comportamiento espontáneo no puede esperarse de máquinas construidas con materiales artificiales a menos que ese comportamiento se haya seleccionado explícitamente durante el proceso de diseño”, escribieron los autores en el documento.
Tara Deans, ingeniera biológica y profesora asistente de la Universidad de Utah que no participó en el nuevo estudio, le dijo a Gizmodo que el logro fue significativo porque los autores “usaron el poder de la biología” para crear “una ‘máquina viviente’ basada en los parámetros que establecen”, es decir, el objetivo del movimiento. Deans está particularmente entusiasmada con la perspectiva de organismos programables, lo que permitiría a los científicos codificar instrucciones para biodegradarse después de un período de tiempo específico o cuando el robot detecta un ambiente apropiado en el que degradarse.
“Los ejemplos de aplicaciones son infinitas”, escribió Deans en un correo electrónico a Gizmodo. “Ciertamente, este es un documento de prueba de concepto, y aún queda mucho trabajo por hacer para llegar a las principales aplicaciones”, dijo, y agregó que “no hay una historia de Frankenstein aquí”.
De hecho, la capacidad de construir nuevos organismos desde cero puede parecer un poco arrogante y atemorizante, y sin duda, llegado el caso tendremos que monitorear y regular estos inventos biológicos a medida que avanzan, pero los beneficios son simplemente demasiado importantes para ignorarlos.