Słowo „robot” przywołuje na myśl obrazy przypominającej człowieka , metalowej maszyny (humanoida), stworzonej i zaprogramowanej do automatycznego wykonywania za nas pewnych zadań. Roboty (lub boty) mogą jednak mieć dowolny kształt i rozmiar oraz być wykonane z dowolnego materiału (w tym materiałów biologicznych, takich jak żywe komórki), w zależności od projektu i wymagań funkcjonalnych. Mogą nie mieć fizycznej formy, jak w przypadku Siri czy Alexy . Roboty to racjonalnie zaprojektowane artefakty lub maszyny, które wykazują autonomię i wykonują określone zadania.
Roboty biologiczne (lub bioboty) wykorzystują żywe komórki lub tkanki jako materiał do produkcji. Jak wszystkie roboty, bioboty są również programowalnymi maszynami, wykazują autonomię i wykonują określone zadania. Stanowią one szczególną klasę aktywnych, żywych i ruchomych struktur syntetycznych.
Żywe tkanki same w sobie nie są robotami. Są częściami zwierząt. Żywe komórki stają się robotami, gdy zostaną uwolnione od normalnych ograniczeń i zaprogramowane do pożądanej formy i funkcji poprzez sztuczne łączenie i kształtowanie komórek w celu wykazywania określonych zachowań.
Ksenoboty były pierwszymi w pełni biologicznymi biobotami stworzonymi w laboratorium w 2020 roku z komórek jajowych pochodzących z zarodków gatunku żaby o nazwie Xenopus laevis (stąd nazwa Ksenoboty). Był to pierwszy żywy, samonaprawiający się i samoreplikujący sztuczny organizm. Żywe komórki posłużyły jako budulec, który uwolniono od naturalnych ograniczeń reszty zarodka, dając początek nowej formie sztucznego życia, którego morfologia i cechy zostały sztucznie „zaprojektowane”. Ksenobot był zatem żywym organizmem syntetycznym. Rozwój Ksenobotów wykazał, że komórki pochodzące z zarodka płaza można zaprogramować do pożądanej formy i funkcji poprzez uwolnienie się od naturalnych ograniczeń. Nie było jednak wiadomo, czy bioboty można tworzyć z komórek innych niż płazy lub dorosłych.
Naukowcy donieśli o udanej konstrukcji biobotów wykorzystujących dorosłe komórki z nieembrionalnej tkanki ludzkiej , o możliwościach przewyższających możliwości ksenobotów. Biobot ten został nazwany „ Anthrobots ” ze względu na swoje ludzkie pochodzenie.
Ponieważ ksenoboty powstały z komórek embrionalnych płazów poprzez indywidualne formowanie komórek, zespół badawczy rozpoczął od sprawdzenia, czy zdolność do tworzenia biobotów ogranicza się do tych komórek płazów, czy też inne, nieembrionalne komórki dorosłe również mogą generować bioboty? Co więcej, czy komórki zarodkowe muszą być koniecznie formowane indywidualnie, aby wytworzyć bioboty, czy też nakłanianie początkowych komórek zarodkowych może również prowadzić do samoistnej konstrukcji biobotów? W tym celu, zamiast tkanek embrionalnych, naukowcy wykorzystali dorosłe komórki somatyczne pochodzące z ludzkiego nabłonka płuc i byli w stanie wytworzyć nowe, wielokomórkowe, samoistnie konstruujące się, ruchliwe struktury żywe bez ręcznego formowania lub użycia jakichkolwiek zewnętrznych mechanizmów nadających formę. Zastosowana metoda jest skalowalna. Równolegle stworzono roje biobotów, które poruszały się dzięki napędowi napędzanemu rzęskami i żyły 45–60 dni. Co ciekawe, zaobserwowano również, że Anthroboty przemieszczały się przez pęknięcia w monowarstwach neuronalnych i powodowały skuteczne gojenie się uszkodzeń in vitro.
Synteza Anthrobotów jest istotna, ponieważ dowodzi, że plastyczność komórek, z których powstają bioboty, nie ogranicza się do komórek embrionalnych czy płazów. Wykazano, że dorosłe, somatyczne komórki człowieka , bez żadnych modyfikacji genetycznych, mogą tworzyć nowe bioboty bez żadnych zewnętrznych mechanizmów nadających formę.
Anthroboty to udoskonalenie w stosunku do Xenobotów i postęp technologiczny, który ma istotne implikacje dla produkcji złożonych tkanek do zastosowań klinicznych w medycynie regeneracyjnej . W przyszłości możliwe będzie wytwarzanie Anthrobotów spersonalizowanych dla każdego pacjenta i ich wdrażanie w organizmie bez wywoływania jakiejkolwiek odpowiedzi immunologicznej.
***
Referencje:
- Blackistona D. i wsp 2023. Roboty biologiczne: perspektywy wyłaniającej się dziedziny interdyscyplinarnej. Miękka robotyka. Sierpień 2023. 674-686. DOI: https://doi.org/10.1089/soro.2022.0142
- Gumuskaja, G. i in. 2023. Mobilne żywe bioboty Samokonstrukcja od osoby dorosłej Człowiek Somatyczne komórki macierzyste. Advanced Science 2303575. opublikowano: 30 listopada 2023 r. DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202303575
- Tufts University 2023. Aktualności – Naukowcy budują małe roboty biologiczne z Człowiek Komórki. https://now.tufts.edu/2023/11/30/scientists-build-tiny-biological-robots-human-cells
- Ebrahimkhani Mo.R. i Levin M., 2021. Syntetyczne żywe maszyny: nowe okno na życie. Perspektywa iScience. Tom 24, wydanie 5, 102505, 21 maja 2021 r. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.102505
***
