Oamenii de ştiinţă americani au creat roboţi vii minusculi din celule umane care se pot deplasa într-un vas de laborator şi care, într-o zi, ar putea ajuta la vindecarea rănilor sau a ţesuturilor deteriorate, potrivit unui nou studiu. Printre avantajele utilizării celulelor umane se numără capacitatea de a construi roboţi din propriile celule ale pacientului pentru a efectua activităţi terapeutice fără riscul de a declanşa un răspuns imunitar sau de a necesita medicamente imunosupresoare.
O echipă de la Universitatea Tufts şi de la Institutul Wyss al Universităţii Harvard a numit aceste creaţii „Anthroboţi".
Cercetarea se bazează pe lucrările anterioare ale aceloraşi oameni de ştiinţă, care au realizat primii roboţi vii, sau xenoboţi, din celule stem obţinute din embrioni de broască africană cu gheare (Xenopus laevis).
„Unii au crezut că extraordinarele caracteristici ale xenoboţilor se bazau foarte mult pe faptul că erau embrionari şi amfibieni", a declarat autorul studiului, Michael Levin, profesor de biologie la facultatea de arte şi ştiinţe Tufts.
„Nu cred că acest lucru are legătură cu a fi un embrion, sau o broască. Cred că aceasta este o proprietate mult mai generală a fiinţelor vii", a spus el
„Nu ne dăm seama de toate competenţele pe care le au propriile noastre celule corporale".
Deşi erau vii, anthroboţii nu erau pe deplin organisme, deoarece nu aveau un ciclu de viaţă complet, a precizat Levin.
Cercetarea a fost publicată joi, în revista Advanced Science.
Foto: O imagine colorată arată structura multicelulară a unui antrobot, înconjurată de cili pe suprafaţa sa, care îi permit să se deplaseze şi să îşi exploreze mediul înconjurător.
Cum au fost făcuţi?
Oamenii de ştiinţă au folosit celule umane adulte din trahee, de la donatori anonimi de vârste şi sexe diferite.
Cercetătorii au ales acest tip de celule pentru că sunt relativ uşor de accesat, datorită studiilor privind Covid-19 şi bolile pulmonare şi, mai important, datorită unei caracteristici despre care oamenii de ştiinţă au crezut că ar face celulele capabile să se mişte, a declarat coautorul studiului, Gizem Gumuskaya, studentă la doctorat la Tufts.
Celulele traheale sunt acoperite cu elemente asemănătoare firului de păr, numite cili, care se unduiesc înainte şi înapoi.
De obicei, acestea ajută celulele traheale să împingă particule mici care îşi găsesc drumul în pasajele de aer din plămâni.
Studiile anterioare au arătat, de asemenea, că celulele pot forma organoizi - aglomerări de celule utilizate pe scară largă pentru cercetare.
Cercetătorii de la Tufts au experimentat cu compoziţia chimică a condiţiilor de creştere a celulelor traheale şi au găsit o modalitate de a încuraja cilia să se orienteze spre exterior pe organoizi.
Odată ce au găsit matricea potrivită, organoizii au devenit mobili după câteva zile, cilia acţionând ca nişte vâsle.
„A fost ca o floare care înfloreşte. În ziua a şaptea, cilia se rotiseră şi se aflau în exterior.
În metoda folosită de cercetători, fiecare antropoid creşte dintr-o singură celulă.
Această autoasamblare este ceea ce îi face unici.
Roboţi biologici au fost realizaţi şi de alţi oameni de ştiinţă, dar au fost construiţi manual, prin realizarea unei matrice şi însămânţarea de celule care să trăiască în acel cadru de lucru.
Mişcarea Anthroboţilor Fiecare anthrobot se dezvoltă dintr-o singură celulă.
Forme şi dimensiuni diferite
Anthroboţii creaţi de echipă nu au fost identici.
Unii erau sferici şi complet acoperiţi de cili, în timp ce alţii aveau o formă asemănătoare unei mingi de fotbal fiind acoperiţi în mod neuniform de cili.
De asemenea, aceştia se mişcau în moduri diferite - unii în linie dreaptă, alţii în cercuri strânse, în timp ce alţii stăteau pe loc şi se balansau, potrivit unui comunicat al universităţii Tufts.
Miniroboţii vii au supravieţuit până la 60 de zile în condiţii de laborator.
Experimentele descrise în acest ultim studiu sunt într-un stadiu incipient, dar scopul este de a afla dacă antropodele ar putea avea aplicaţii medicale, au declarat cercetătorii americani.
Pentru a vedea dacă astfel de aplicaţii ar putea fi posibile, cercetătorii au examinat dacă anthroboţii au fost capabili să se deplaseze peste neuronii umani crescuţi în vasele de laborator care au fost „zgâriaţi" pentru a imita leziunile.
Ei au fost surprinşi să vadă că anthroboţii au încurajat creşterea în regiunea deteriorată a neuronilor, deşi cercetătorii nu înţeleg încă mecanismul de vindecare, se arată în studiu.
Falk Tauber, liderul grupului de la Centrul Freiburg pentru materiale interactive şi tehnologii bioinspirate de la Universitatea din Freiburg, Germania, care nu a participat la studiu, a declarat că studiul oferă o bază de plecare pentru eforturile viitoare de a utiliza bioboţii pentru diferite funcţii şi de a-i realiza în diferite forme.
Un anthrobot, în verde, creşte pe o leziune prin ţesutul neuronal, în roşu.
Deşi se aşteptau să fie necesare modificări genetice ale celulelor anthroboţilor pentru a-i ajuta să încurajeze creşterea neuronală, în mod surprinzător, aceştia, fără nicio modificare, au declanşat o regenerare substanţială, creând o punte de neuroni la fel de groasă ca şi restul celulelor sănătoase din experiment.
Neuronii nu au crescut în leziunile în care anthroboţii au fost absenţi. Cel puţin în lumea 2D simplificată a vaselor de laborator, ansamblurile de anthroboţi au încurajat o vindecare eficientă a ţesutului neuronal viu.
Potrivit cercetătorilor, dezvoltarea ulterioară a roboţilor ar putea duce la alte aplicaţii, inclusiv la eliminarea acumulărilor de plăci în arterele pacienţilor cu ateroscleroză, la repararea leziunilor măduvei spinării sau ale nervilor retinei, la recunoaşterea bacteriilor sau a celulelor canceroase sau la livrarea de medicamente către ţesuturile vizate.
Anthroboţii ar putea, în teorie, să ajute la vindecarea ţesuturilor, cărând în acelaşi timp medicamente pro-regeneratoare.
Trei exemple de Anthrobots cu cili asemănători firelor de păr, în galben. Imagini: Gizem Gumuskaya, Tufts University, 30 noiembrie, 2023
„Este fascinant şi complet neaşteptat faptul că celulele traheale normale ale pacienţilor, fără a-şi modifica ADN-ul, se pot deplasa singure şi pot încuraja creşterea neuronilor într-o regiune afectată", a declarat Michael Levin
Echipa de la Tufts a explicat că celulele au capacitatea înnăscută de a se autoasambla în structuri mai mari în anumite moduri fundamentale.
„Celulele pot să formeze straturi, să se plieze, să facă sfere, să se sorteze şi să se separe pe tipuri, să fuzioneze între ele sau chiar să se mişte", a precizat Gumuskaya.
Ea a subliniat două diferenţe importante faţă de alte blocuri biologice fundamentale şi anume faptul că celulele pot comunica între ele şi pot crea structuri în mod dinamic, iar fiecare celulă este programată cu multe funcţii, cum ar fi mişcarea, secreţia de molecule, detectarea semnalelor şi altele.
„Tocmai ne dăm seama cum să combinăm aceste elemente pentru a crea noi planuri şi funcţii biologice ale corpului - diferite de cele întâlnite în natură", a mai precizat ea.
Folosirea cunoştinţelor de bază ale asamblării celulare îi ajută pe oamenii de ştiinţă să construiască roboţii şi să înţeleagă cum se asamblează modelele naturale ale corpului, cum genomul şi mediul lucrează împreună pentru a crea ţesuturi, organe şi membre şi cum ar putea să le restabilească prin tratamente regenerative.
Foto articol: Gizem Gumuskaya este doctorandă la Universitatea Tufts şi a contribuit la crearea anthroboţilor.
