Robôs Vivos - "Xenobots": os primeiros robôs vivos criados a partir de células-tronco

Uma equipe de cientistas conseguiu construir “robôs vivos” milimétricos, montados a partir de células de sapos e que poderiam ser usados ​​para fornecer medicamentos, limpar resíduos tóxicos ou coletar microplásticos nos oceanos.

Chamadas de xenobots em homenagem ao sapo com garras africanas (Xenopus laevis) do qual tiraram suas células-tronco, as máquinas têm menos de um milímetro (0,1 cm) de largura , pequenas o suficiente para viajar dentro do corpo humano. Eles podem caminhar e nadar, sobreviver por semanas sem comida e trabalhar juntos em grupos.

Esses são "modos de vida completamente novos", disse a Universidade de Vermont, que conduziu a pesquisa com a Universidade Tufts.

O que são os 'xenobots'?

Cientistas das universidades de Vermont e Tufts projetaram pela primeira vez esses minúsculos robôs biológicos feitos  de células do coração e da pele  de um sapo africano ( Xenopus laevis) . Esses 'xenobots', nomeados em homenagem ao animal de origem, medem aproximadamente meio milímetro.

As células embrionárias são combinadas com células contráteis extraídas de progenitores cardíacos. Eles são reunidos em uma cultura tridimensional e alguns deles começam a se mover sozinhos, porque as células se movem. O que os pesquisadores determinam é a composição pela qual eles fazem certos movimentos.

Como eles foram projetados?

Pesquisadores americanos  começaram a usar um algoritmo evolutivo -  aqueles baseados nos postulados da evolução biológica - para criar milhares de projetos possíveis para essas novas formas de vida. Eles conseguiram graças ao supercomputador Deep Green da Universidade de Vermont. Em seguida, eles aplicaram  regras básicas de biofísica  para estabelecer o que a pele ou as células do coração poderiam fazer e permaneceram com os organismos simulados de maior sucesso.

Depois, eles transferiram esses desenhos para a vida: eles primeiro  coletaram células-tronco “colhidas” de embriões de sapos africanos , e depois as separaram em células individuais e as deixaram incubar.

Mais tarde, com a ajuda de pinças minúsculas e um eletrodo ainda menor, as células foram cortadas e unidas novamente ao microscópio, copiando os modelos obtidos no supercomputador. Montadas em "formas corporais nunca vistas antes" na natureza, as  células começaram a trabalhar juntas , de acordo com um comunicado de imprensa da Universidade de Vermont.

Um xenobot com membros posteriores grandes e membros anteriores menores, em camadas com o músculo cardíaco vermelho.

Então, as células começaram a trabalhar por conta própria: as células da pele se uniram para formar uma estrutura, enquanto as células do músculo cardíaco pulsante permitiram que o robô se movesse por conta própria. Os xenobots ainda têm habilidades de autocura; Quando os cientistas dividiram um robô, ele se curou e continuou andando.

"Estas são novas máquinas vivas ", disse Joshua Bongard, um dos gerentes de projeto e especialista em robótica e computação da Universidade de Vermont, no comunicado à imprensa. “Eles não são um robô tradicional ou uma espécie conhecida de animal. É uma nova classe de artefatos: um organismo vivo e programável . ”

Por que o sapo  Xenopus laevis?

Esse animal foi escolhido basicamente por sua versatilidade e facilidade de trabalhar com ele em laboratório: “é um modelo experimental ao longo da vida; com a qual trabalhamos incontáveis ​​cientistas para coisas muito diferentes, porque é muito gerenciável, come muito bem, adapta-se muito bem ao laboratório ... ".

São tecidos muito conhecidos, o desenvolvimento embrionário de  Xenopus laevis  é super conhecido, e  o objetivo é escalá-lo , fazê-lo com células de mamíferos ou mesmo com células humanas. A idéia dos cientistas não é ficar aqui. 

Você pode aumentar sua complexidade?

A escalabilidade será o maior desafio que os cientistas enfrentarão.  Os 'xenobots' são apenas um começo, e o desenvolvimento também não está claro.

 Muitas vezes na ciência, quando você quer subir nessa escala, acaba sendo tão complicado ou tão caro que é abandonado. Como diz um dos membros da equipe de pesquisa, as questões importantes são realmente como as células cooperam, como elas obtêm funções, complexos celulares de várias unidades, como sabem o que precisam fazer e o que não.

Que utilidade eles poderiam ter?

Seus usos potenciais são muito variados,  embora todos ainda estejam longe de se tornar realidade. Os autores falam sobre a detecção de tumores, a limpeza de resíduos radioativos, a coleta de microplásticos nos oceanos, o transporte de drogas dentro do corpo humano ou mesmo a viajar para nossas artérias para raspar a placa . Os Xenobots podem sobreviver em ambientes aquosos sem nutrientes adicionais por dias ou semanas, o que os torna adequados para administração interna de medicamentos.

Como os xenobots funcionam

Os pesquisadores começaram a usar um algoritmo evolutivo - aqueles baseados nos postulados da evolução biológica - para criar milhares de projetos possíveis para essas novas formas de vida. Em seguida, eles aplicaram regras básicas de biofísica para estabelecer o que a pele ou as células do coração podiam fazer e permaneceram com os organismos simulados mais bem-sucedidos e o restante foi descartado.

Então, os biólogos da Tufts  transferiram esses desenhos para a vida : eles primeiro coletaram células-tronco "colhidas" de embriões de sapos africanos, especificamente as espécies "Xenopus laevis" - daí o nome de "xenobots"; depois os separaram em células individuais e os deixaram incubar, continua a declaração. Mais tarde, com a ajuda de pinças minúsculas e um eletrodo ainda menor, as células foram cortadas e unidas novamente ao microscópio, copiando os modelos obtidos no supercomputador.

À esquerda, pegada anatômica do organismo projetado por computador. À direita, o organismo vivo resultante.

Montadas em "formas corporais nunca vistas antes" na natureza, as células começaram a trabalhar juntas, disseram os pesquisadores, explicando que as células da pele formavam uma arquitetura mais passiva, enquanto as do músculo cardíaco eram colocadas para trabalhar criando um avançar mais ordenadamente, exatamente como os algoritmos haviam projetado.

Tudo isso, acrescentaram, auxiliado por padrões espontâneos de auto-organização, permitindo que os  robôs se movam por conta própria . Esses robôs também são totalmente biodegradáveis: quando terminam seu trabalho após sete dias, são apenas células mortas da pele. “Você olha para as células com as quais construímos nossos xenobots e, genomicamente, são sapos; É DNA de cem por cento de sapos ... mas não são sapos ”, disse Levin, que se perguntava o que mais essas células são capazes de fazer.

E é que construir esses xenobots - que continuarão a se desenvolver - é um pequeno passo para decifrar o que esse pesquisador chama de "código morfogenético", que fornece uma visão mais profunda, de uma maneira geral, de como os organismos são organizados e como eles calculam e armazenam informações. Com base em suas histórias e ambiente.

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