Minuscole macchine viventi chiamate xenobot possono creare copie di se stesse

Minuscole “macchine viventi” fatte di cellule di rana possono replicarsi, creando copie che possono poi continuare a fare lo stesso. Questa forma di rinnovamento appena descritta offre spunti su come progettare macchine biologiche che si autoperpetuano.

“Questa è una svolta incredibilmente eccitante”, per il campo della robotica a base biologica, afferma Kirstin Petersen, ingegnere elettrico e informatico della Cornell University che studia gruppi di robot. I robot in grado di copiare se stessi sono un passo importante verso sistemi che non hanno bisogno di esseri umani per funzionare, dice.

All’inizio di quest’anno, i ricercatori hanno descritto i comportamenti dei robot viventi realizzati in laboratorio, chiamati xenobot (SN: 31/03/21). Strappati dai corpi in crescita delle rane, piccoli grumi di cellule staminali della pelle degli embrioni di rana si sono intrecciati in piccole sfere e hanno iniziato a muoversi. Le estensioni cellulari chiamate ciglia servivano da motori che alimentavano gli xenobot mentre navigavano intorno ai loro piatti da laboratorio.

Quella crociera può avere uno scopo più grande, i ricercatori ora riferiscono nel dicembre 2019. 7 Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze. Mentre gli xenobot si agitano, possono raccogliere cellule di rana sciolte in sfere, che poi si uniscono negli stessi xenobot.

Questo tipo di riproduzione creata dal movimento, chiamata dai ricercatori autoreplicazione cinematica, sembra essere nuova per le cellule viventi. Di solito, gli organismi in riproduzione contribuiscono con del materiale dei genitori alla loro prole, afferma il coautore dello studio Douglas Blackiston della Tufts University di Medford, Mass., e dell’Università di Harvard. La riproduzione sessuale, ad esempio, richiede lo sperma dei genitori e gli ovociti per iniziare. Altri tipi di riproduzione comportano la scissione o la gemmazione delle cellule da un genitore.

“Ecco, questo è diverso”, dice Blackiston. Questi xenobot stanno “trovando parti sciolte, una specie di parti di robotica nell’ambiente, e le mettono insieme”. Quelle raccolte poi diventano “una seconda generazione di xenobot che possono muoversi come i loro genitori”, afferma Blackiston.

Le macchine viventi chiamate xenobot sono grumi di cellule staminali di rana che si uniscono tra loro. Gli scienziati hanno ora scoperto che i robot possono auto-replicarsi. Uno xenobot a forma di C era più efficiente nel raccogliere cellule staminali sciolte nella sua apertura, un comportamento che porta a più xenobot mobili.

Lasciati a se stessi, gli xenobot sferoidi potrebbero generalmente creare solo un’altra generazione prima di estinguersi, hanno scoperto i ricercatori. Ma con l’aiuto di un programma di intelligenza artificiale che prevedeva una forma ottimale per gli xenobot originali, la replica potrebbe essere portata a quattro generazioni.

Il programma AI prevedeva che una forma a C, proprio come un Pac-Man a bocca aperta, sarebbe stata un progenitore più efficiente. Abbastanza sicuro, quando gli xenobot migliorati sono stati lasciati liberi in un piatto, hanno iniziato a raccogliere cellule sciolte nelle loro “bocche” aperte, formando più robot a forma di sfera. Una prole mobile ha preso forma una volta che circa 50 cellule si sono raggruppate insieme nell’apertura di un genitore, dice Blackiston. Uno xenobot corposo è costituito da circa 4.000 a 6.000 cellule di rana.

Le dimensioni ridotte degli xenobot sono un vantaggio, afferma Petersen. “Il fatto che siano stati in grado di farlo su una scala così piccola lo rende ancora migliore, perché puoi iniziare a immaginare aree di applicazione biomediche”, afferma. Minuscoli xenobot potrebbero essere in grado di scolpire tessuti per l’impianto, ad esempio, o entrare all’interno dei corpi per fornire terapie in punti specifici.

Al di là dei possibili lavori per gli xenobot, la ricerca fa avanzare una scienza importante, che ha un’importanza esistenziale per gli esseri umani, afferma il coautore dello studio Michael Levin, biologo dello sviluppo presso Tufts. Cioè, “la scienza del tentativo di anticipare e controllare le conseguenze di sistemi complessi”, dice.

“In origine, nessuno avrebbe previsto nulla di tutto ciò”, afferma Levin. “Queste cose fanno regolarmente cose che ci sorprendono”. Con gli xenobot, i ricercatori possono spingere i limiti dell’inaspettato. “Si tratta di un modo sicuro per esplorare e far progredire la scienza dell’essere meno sorpresi dalle cose”, afferma Levin.

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