Słowo „robot” przywołuje obrazy człowiek-podobna do stworzonej przez człowieka metalowej maszyny (humanoidalnej) zaprojektowanej i zaprogramowanej tak, aby automatycznie wykonywała za nas pewne zadania. Jednakże roboty (lub boty) mogą mieć dowolny kształt i rozmiar i mogą być wykonane z dowolnego materiału (w tym materiałów biologicznych, takich jak żywe komórki), w zależności od wymagań projektowych i funkcjonalnych. Nie może mieć żadnej formy fizycznej jak w przypadku Siri or Alexa. Roboty to racjonalnie zaprojektowane artefakty lub maszyny, które wykazują autonomię i wykonują określone zadania.
Roboty biologiczne (lub bioboty) korzystają z życia komórki lub tkanki jako materiał produkcyjny. Podobnie jak wszystkie roboty, bioboty również są maszynami programowalnymi, wykazują autonomię i wykonują określone zadania. Są to szczególna klasa aktywnych, żywych i ruchliwych struktur syntetycznych.
Żywe tkanki per se, nie są robotami. Są częściami zwierząt. Życie komórki stają się robotami, gdy zostaną uwolnione od normalnych ograniczeń i zaprogramowane do pożądanej formy i funkcji poprzez sztuczne łączenie i kształtowanie komórek tak, aby wykazywały określone zachowanie.
Xenoboty były pierwszymi w pełni biologicznymi biobotami stworzonymi w laboratorium w 2020 r. przy użyciu komórek jajowych pochodzących z zarodków gatunku żaby zwanej Xenopus laevis (stąd nazwa Xenoboty). Był to pierwszy żywy, samonaprawiający się, samoreplikujący się sztuczny organizm. Żywe komórki wykorzystano jako elementy budulcowe, które uwolniono od normalnych ograniczeń reszty embrionu, aby dać początek nowej formie sztucznego życia, którego morfologia i cechy zostały sztucznie „zaprojektowane”. Xenobot był zatem żywym, syntetycznym organizmem. Rozwój ksenobotów wykazał, że komórki pochodzące z zarodka płaza można zaprogramować do uzyskania pożądanej formy i funkcji poprzez uwolnienie naturalnych ograniczeń. Nie było jednak wiadomo, czy bioboty można by stworzyć z komórek innych niż płazy lub komórek dorosłych.
Naukowcy donieśli obecnie o udanej konstrukcji biobotów z wykorzystaniem dorosłych komórek nieembrionalnych człowiek tkanka o możliwościach wykraczających poza Xenoboty. Ten biobot został nazwany „Antroboty' z tego powodu człowiek pochodzenie.
Ponieważ ksenoboty uzyskano 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 dorosłe komórki niebędące płazami i zarodkami również mogą generować bioboty? Co więcej, czy komórki nasienne muszą być koniecznie indywidualnie rzeźbione, aby wygenerować bioboty, czy też namawianie początkowych komórek nasiennych może również prowadzić do samodzielnej konstrukcji biobotów? W tym celu zamiast tkanek embrionalnych badacze wykorzystali dorosłe, pochodzące z nich komórki somatyczne człowiek nabłonka płuc i byli w stanie wytworzyć nowe, wielokomórkowe, samokonstruujące się, ruchliwe żywe struktury bez ręcznego rzeźbienia lub stosowania jakichkolwiek zewnętrznych maszyn zapewniających kształt. Zastosowana metoda jest skalowalna. Równolegle wyprodukowano roje biobotów, które poruszały się za pomocą napędu napędzanego rzęskami i żyły przez 45–60 dni. Co ciekawe, zaobserwowano również, że Anthroboty przemieszczały się przez pęknięcia w monowarstwach neuronalnych i indukowały skuteczne gojenie defektów in vitro.
Synteza Anthrobotów jest istotna, ponieważ pokazuje, że plastyczność komórek, z których powstają bioboty, nie ogranicza się do komórek embrionalnych lub płazów. Wykazano, że dorosły somatyczny człowiek dzikie komórki bez żadnych modyfikacji genetycznych mogą tworzyć nowe bioboty bez zewnętrznej maszynerii nadającej formy.
Anthroboty to ulepszenie w stosunku do ksenobotów i postęp w odpowiedniej technologii, który ma znaczące implikacje dla produkcji złożonych tkanek do zastosowań klinicznych w Medycyna regeneracyjna. W przyszłości może stać się możliwe wytwarzanie Anthrobotów spersonalizowanych dla każdego pacjenta i umieszczanie ich 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
***
