1. Construyen los primeros robots vivientes
Un equipo de jóvenes investigadores estadounidenses ha reutilizado células vivas a partir de embriones de rana para darles una nueva forma de vida gracias a un superordenador. Estos biobots de un milímetro son capaces de moverse hacia un objetivo marcado, levantar carga útil o autocurarse tras un corte.
A la izquierda, el plano anatómico de un organismo diseñado por ordenador. A la derecha, el organismo vivo, construido completamente a partir de piel de rana (verde) y células del músculo cardíaco (rojo). / Sam Kriegman (UVM)
No son ni robots ordinarios ni una especie real de animales. Un grupo de científicos ha creado organismos simples de un milímetro con funciones personalizadas creados a partir de bloques de construcción biológicos específicos basados en un algoritmo evolutivo.
Estas son las primeras máquinas completamente biológicas diseñadas desde cero
“Son máquinas vivas novedosas”, explica Joshua Bongard, experto en informática y robótica de la Universidad de Vermont (EE UU) y coautor de la nueva investigación que se publica en la revista PNAS junto al estudiante Sam Kriegman, primer autor. Los llamados ‘xenobots’, denominados así por la reutilización de células vivas obtenidas de embriones de rana de uñas africanas (Xenopus laevis), representan una nueva clase de artefacto.
Las nuevas máquinas vivas fueron diseñadas en una supercomputadora de la Universidad de Vermont y luego ensambladas y probadas por biólogos en la Universidad de Tufts (también en EE UU). Aunque la comunidad científica ya había intentado unir organismos artificiales a partir de formas animales, estas son las primeras máquinas completamente biológicas diseñadas desde cero.
“Podemos imaginar muchas aplicaciones útiles de estos robots vivos que otras máquinas no pueden hacer”, dice Michael Levin, director del Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo en Tufts y coautor del estudio. Estos biobots podrían buscar compuestos desagradables o contaminación radiactiva, recolectar microplásticos en los océanos o viajar en arterias para la administrar fármacos, entre otros.
Organismos vivos a medida
Procesados durante meses en el clúster de la supercomputadora Deep Green en el Vermont Advanced Computing Core de la universidad, los científicos utilizaron un algoritmo evolutivo para crear miles de diseños candidatos para las nuevas formas de vida. El ordenador ensambló una y otra vez cientos de células simuladas probando innumerables formas para intentar que estas máquinas cumplieran la tarea asignada por los investigadores: moverse en una dirección concreta.
A medida que se ejecutaban los programas, los organismos simulados más exitosos se mantuvieron y refinaron, mientras que los diseños fallidos se descartaron. Después de cien ejecuciones independientes del algoritmo, se seleccionaron los diseños más prometedores para la prueba.
Los investigadores demostraron así que estos organismos reconfigurables pueden moverse de manera coherente
El equipo de la Universidad de Tufts, dirigido por Levin y con el trabajo clave del microcirujano Douglas Blackiston, transfirió los diseños in silico a la vida. Primero recolectaron células madre de los embriones de las ranas (células de la piel y otras cardíacas) que luego se separaron en células individuales y se dejaron incubar. Después, usando unas pinzas diminutas y un electrodo aún más pequeño, las células se cortaron y unieron bajo un microscopio en una aproximación cercana de los diseños especificados por la computadora.
Ensambladas en formas corporales nunca vistas en la naturaleza, las células comenzaron a trabajar juntas. Las de la piel formaron una arquitectura más pasiva, mientras que las contracciones aleatorias de las células del músculo cardíaco creaban un movimiento ordenado hacia adelante, según el diseño de la computadora, y ayudado por patrones espontáneos de autoorganización. Esto permitió a los robots moverse por sí mismos.
Los investigadores demostraron así que estos organismos reconfigurables pueden moverse de manera coherente y explorar su entorno acuoso durante días o semanas, impulsados por depósitos de energía embrionaria. Sin embargo, si se volcaban estos fallaban.
Las pruebas posteriores mostraron que un grupo de xenobots podrían moverse en círculos hacia una posición central de forma espontánea y colectiva. Otros fueron construidos con un agujero en el centro para reducir la resistencia. En las versiones simuladas, este agujero se reutilizó como una bolsa para transportar con éxito un objeto.
“Es un paso hacia el uso de organismos diseñados por computadora para la entrega inteligente de medicamentos”, apunta Bongard, profesor en el departamento de Ciencias de la Computación y Centro de Sistemas Complejos de la Universidad de Vermont.
Un organismo 3D diseñado por un algoritmo evolutivo y construido a partir de células vivas. / Douglas Blackiston
Ventajas de la tecnología viva
La mayoría de las máquinas actuales están fabricadas a partir de materiales como el acero, el hormigón o el plástico, con cierta resistencia y flexibilidad. Sin embargo, estas tecnologías son susceptibles de crear problemas ecológicos y de salud, como la contaminación plástica en los océanos o la toxicidad de muchos materiales sintéticos y electrónicos. ¿Qué ocurría con un material biológico?
“Estos ‘xenobots’ son completamente biodegradables. Cuando terminan su trabajo son solo células muertas de la piel”, recalca Bongard.
“La desventaja del tejido vivo es que es débil y se degrada, por eso usamos acero. Pero los organismos tienen 4.500 millones de años de práctica para regenerarse y continuar durante décadas”, indica el investigador. Además, una vez que dejan de trabajar, es decir que mueren, generalmente se desintegran sin causar daño.
“Estos ‘xenobots’ son completamente biodegradables. Cuando terminan su trabajo después de siete días, son solo células muertas de la piel”, recalca Bongard.
Por otra parte, contrariamente a ciertos materiales que no pueden cortarse por la mitad, estas máquinas orgánicas son capaces de regenerarse si sufren un corte. En los experimentos, los científicos cortaron los ‘xenobots’ casi por la mitad y estos se recomponían y continuaban. “Esto es algo que no puedes hacer con las máquinas ordinarias”, señalan.
Hacia la configuración de nuevas formas de vida
Comprender cómo las células se comunican y se conectan para crear formas y funciones de vida diferentes permitirá aplicaciones que transformarán el futuro de la biología y la informática. Los científicos ven este estudio como “un canal expansible para diseñar organismos reconfigurables”, de hecho, es el título de su trabajo, es decir, como un paso en la aplicación de ideas de un código bioeléctrico.
“Miras a las células con las que hemos estado construyendo nuestros ‘xenobots’ y, genómicamente, son ranas. Es 100 % ADN de rana, pero no son rana”
“¿Qué determina realmente la anatomía hacia la cual cooperan las células?”, se pregunta Levin. “Miras a las células con las que hemos estado construyendo nuestros ‘xenobots’ y, genómicamente, son ranas. Es 100 % ADN de rana, pero no son ranas. Luego preguntas, ¿qué más son capaces de construir estas células?”, continúa Levin.
Como ha demostrado la investigación, estas células de rana pueden inducir a generar formas de vida interesantes que son completamente diferentes de lo que sería su anatomía predeterminada. El equipo de investigadores cree que construir los ‘xenobots’ es un pequeño paso para descifrar lo que Levin llama el “código morfogenético”, proporcionando una visión más profunda de la forma general en que se organizan los organismos, y cómo calculan y almacenan la información en función de sus historias y entorno.
Ante esto surge una preocupación respecto a las implicaciones del cambio tecnológico y sobre todo las manipulaciones biológicas que se puedan producir en el futuro. Aunque “ese miedo no es irrazonable”, dice Levi, es necesario comprender mejor cómo las propiedades complejas de alguna manera emergen de reglas simples.
“Este estudio permitirá controlar lo que la gente teme, es decir las consecuencias no deseadas”, dice Levin, ya sea en la rápida llegada de automóviles autónomos, el cambio de unidades genéticas para eliminar linajes enteros. de virus, o los muchos otros sistemas complejos y autónomos que moldearán cada vez más la experiencia humana.
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Referencia bibliográfica:
Sam Kriegman, Douglas Blackiston, Michael Levin y Josh Bongard. “A scalable pipeline for designing reconfigurable organisms” PNAS 13 de enero de 2020
Zona geográfica: Norteamérica
Fuente: SINC
2. Científicos inventan "robots vivientes" a partir de células animales y crean seres completamente nuevos
Estos organismos preprogramados prometen grandes avances, desde el suministro de medicamentos en partes específicas del cuerpo humano hasta la limpieza de desechos tóxicos en el medioambiente.
Un organismo cuadrúpedo fabricadoSam Kriegman, UVM /Douglas Blackiston, Tufts University
Un equipo de científicos estadounidenses, con el apoyo financiero de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa (DARPA, por sus siglas en inglés), ha logrado crear los primeros robots vivientes en la historia, a partir de células vivas de embriones de rana. Se trata de una forma de vida completamente nueva: "Son novedosas máquinas vivientes", explica Joshua Bongard, uno de los autores de la investigación y experto en informática y robótica de la Universidad de Vermont.
"No son un robot tradicional, ni una especie conocida de animales. Es una nueva clase de artefactos: un organismo vivo y programable", afirma este científico.
Estas nuevas criaturas fueron diseñadas en una supercomputadora por Bongard y su colega Sam Kriegman, en la Universidad de Vermont, y luego ensambladas y probadas por los biólogos Douglas Blackiston y Michael Levin en la Universidad de Tufts.
Los resultados de esta nueva investigación —que por primera vez "diseña máquinas completamente biológicas desde cero"— fueron publicados este 13 de enero en la revista especializada PNAS.
¿Para qué sirven?
Estos xenobots de un milímetro de ancho, capaces de moverse hacia un objetivo y de curarse a sí mismos después de ser cortados, podrían trasladar una carga útil, como por ejemplo un fármaco que deba llevarse a un lugar específico dentro de un paciente.
"Podemos imaginar para estos robots vivos muchas aplicaciones útiles que otras máquinas no pueden hacer", afirma otro autor de la investigación, Michael Levin, jefe del Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo en Tufts. Entre ellas, buscar partículas contaminadas con radiación, recolectar microplástico en los océanos, viajar por las arterias y limpiarlas.
"Es un paso hacia el uso de organismos diseñados por computadora para la entrega inteligente de medicamentos", añade Bongard.
¿Cómo los crearon?
Durante meses de procesamiento en el clúster de supercomputadoras Deep Green, en la Universidad de Vermont, los informáticos utilizaron un algoritmo evolutivo para crear miles de posibles diseños para estas nuevas formas de vida.
La computadora estuvo ensamblando cientos de células simuladas en innumerables formas y resultados corporales, intentando lograr la tarea asignada por los científicos: la locomoción en una dirección. Se seleccionaron los diseños más prometedores para la prueba.
Josh Bongard@DoctorJosh Introducing computer-designed organisms. Our new study out this week in PNAS. w/ @drmichaellevin, Douglas Blackiston, and @Kriegmerica
Luego, el equipo de Tufts transfirió los diseños a formas vivas. Primero recolectaron células madre de los embriones de ranas africanas, de la especie 'Xenopus laevis' (de ahí el nombre de xenobots). Las separaron en células individuales y las dejaron incubar. Luego, usando unas pinzas y un electrodo diminutos, las células fueron cortadas y unidas bajo un microscopio, en una aproximación cercana a los diseños elaborados por la computadora.
Una vez ensambladas, las células comenzaron a trabajar juntas. Se utilizaron dos tipos de células de rana: de la piel, que formaron una arquitectura más pasiva, y del músculo cardíaco, que experimentaron las contracciones. Gracias a estas últimas, se creó un movimiento ordenado hacia adelante, según lo guiado por el diseño de la computadora, que permite que los robots se muevan por sí mismos.
Se demostró que los xenobots pueden moverse de manera coherente y explorar un entorno acuoso durante días o semanas, impulsados por depósitos de energía embrionaria.
Pruebas posteriores demostraron que los grupos de estas 'máquinas vivas' se movían en círculos, empujando los gránulos hacia una ubicación central. Algunos de los xenobots fueron construidos con un agujero en el centro para reducir la resistencia. En versiones simuladas de estos, los científicos pudieron utilizar ese agujero como 'depósito' para transportar con éxito una sustancia u objeto.
Fuente:
Fuente:
https://actualidad.rt.com/actualidad/339792-cientificos-crear-primeros-robots-vivientes-celulas-animales
Podrían suministrar medicamentos, limpiar residuos tóxicos o recoger microplásticos
3. Crean "robots vivos" a partir de células de rana
Según los científicos que presentaron el descubrimiento, los "xenobots" no son ni robots tradicionales ni una especie animal ya conocida, sino "una nueva clase de artefacto, un organismo vivo y programable". Son totalmente biodegradables: cuando terminan su trabajo tras siete días se transforman en células de piel muertas.
Un equipo de científicos logró construir milimétricos "robots vivos", ensamblados a partir de células de ranas, que podrían servir para suministrar medicamentos, limpiar residuos tóxicos o recoger microplásticos en los océanos.
La descripción de estos "xenobots" se publicó este lunes en un artículo en la revista PNAS. La investigación fue liderada por científicos de las universidades de Vermont y de Tufts, ambas en Estados Unidos.
Los primeros diseñaron estas "nuevas criaturas" a través de operaciones en un supercomputador y los segundos se encargaron de ensamblarlas y probarlas. Es la primera vez que se diseñan máquinas completamente biológicas desde cero, según el equipo responsable.
"Una nueva clase de artefacto, un organismo vivo y programable"
Se trata de "máquinas vivas novedosas", resumió en un comunicado Joshua Bongard, uno de sus responsables y experto en robótica y computación de la Universidad de Vermont, quien apunta: "no son ni robots tradicionales ni una especie animal ya conocida, sino una nueva clase de artefacto, un organismo vivo y programable".
"Podemos imaginar muchas aplicaciones útiles para estos robots vivos que otras máquinas no pueden hacer", aseguró por su parte Michael Levin, otro de los firmantes de este artículo y director del Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo de Tufts, quien, entre ellas, enumera buscar compuestos contaminantes, recoger microplásticos en los océanos o viajar en las arterias humanas.
El camino para la creación de 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.
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.
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.
Fuente:
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