Hvis reproduktion er livets kendetegn, så er verdens første 'levende robotter' måske lige trådt ud af en petriskål i Burlington, Vermont. Indrømmet, 'stepped out' kan være at overdrive det, (de AI-designede 'xenobots' rullede uhøjtideligt rundt i fadet i stedet), men det lykkedes dem at opnå noget ganske bemærkelsesværdigt i processen. De små Pac-Man-formede væsner samlede frøstamceller fra den løsning, de svømmede i, og byggede kopier af sig selv - og størrelsen af det kan ikke overvurderes.
Holdet, der er ansvarligt for udviklingen – fra University of Vermont, Tufts University og Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ved Harvard University – byggede på forskning, de afslørede sidste år, da de skabte de første robotter nogensinde, der var konstrueret helt af levende celler ( de anvendte celler er taget fra frøembryoner). Selvom disse oprindelige robotter var rent organiske i struktur, blev de ikke betragtet som levende organismer, da de ikke havde nogen evne til at replikere sig selv - en af de mest fundamentale egenskaber ved et levende væsen.
Det hele ændrede sig i år.
Nye livsformer
I et forsøg på at bringe liv til deres xenobots, engagerede Sam Kriegman, Ph.D., medleder af holdet, AI på University of Vermont og bad den om at designe en xenobot-moderstruktur. 'AI'en kom med nogle mærkelige designs efter måneders tøsning,' siger Kriegman, 'inklusive en, der lignede Pac-Man. Det er meget ikke-intuitivt. Det ser meget simpelt ud, men det er ikke noget, en menneskelig ingeniør ville finde på. Hvorfor en lille mund? Hvorfor ikke fem?'
På trods af spørgsmål om AI's foreslåede design, blev disse resultater ikke desto mindre brugt til at bygge en overordnet xenobot. Denne forælder formåede at bygge børn og fortsatte med at bygge børnebørn. Skræmmende ting - ikke bare at vi har skabt en selvreplikerende robot, men at en anden, vi byggede (en AI), designede den til os. 'Folk har længe troet, at vi har udarbejdet alle måder, hvorpå livet kan reproducere eller replikere', siger Douglas Blackiston, Ph.D., der samlede xenobot-forældrene, 'men det er noget, der aldrig er blevet observeret. Før.'
Nu kan ideen om menneskeskabte, selv-replikerende væsner sende rystelser ned ad nogle menneskers ryg, men vi behøver ikke bekymre os om Pac-Man-agtige angribere, der griber kontrollen over planeten endnu. Selvreplikeringssystemet, der bruges af xenobots, er ikke fuldt ud realiseret, og processen dør ud efter et par generationer. Ikke desto mindre er implikationerne af dette bioteknologiske fremskridt enormt dybtgående, især når det kommer til medicin.
Xenobots og regenerativ medicin
Regenerativ medicin er et begreb, der dækker over behandlinger, der retter sig mod beskadiget væv, og som i vid udstrækning koncentrerer sig om selektiv celleudskiftning og reparation. Med dets hovedformål at være foryngelse, er det ofte tænkt som anti-aldringsmedicin. Det, der imidlertid holder os tilbage fra at udvikle det effektivt, er vores manglende evne til præcist at fortælle celler, hvad vi vil have dem til at gøre.
Arbejdet på University of Vermont tog os bare meget tættere på.
De embryonale frøceller, som xenobotterne indsamlede, ville normalt have udviklet sig til frøhud, men i hænderne på Vermont-holdet blev cellerne testet igen. "Vi sætter dem ind i en ny kontekst," siger Michael Levin, Ph.D., medleder af forskningen. 'Vi giver dem en chance for at genskabe deres multicellularitet.'
Selvom cellerne havde genomet af en frø, blev de befriet fra enhver forudbestemt biologisk vej og kunne bruge deres kollektive genetiske intelligens til at opnå noget helt andet. "Vi arbejder på at forstå denne ejendom," siger Bongard. 'Det er vigtigt for samfundet som helhed, at vi studerer og forstår, hvordan det her fungerer.'
Ja. Når du kobler vores stigende forståelse af cellestruktur med en AIs evne til at skabe biologiske værktøjer på bestilling, kan vi snart have langt mere kontrol over vores egne celler, end vi nogensinde har haft før – forskningen udføres af Vermont-teamet, der giver os evnen til at bekæmpe cellulær aldrings hærgen og øge menneskets levetid.
"Hvis vi vidste, hvordan vi skulle fortælle samlinger af celler at gøre, hvad vi ville have dem til at gøre, i sidste ende, er det regenerativ medicin," siger Levin. »Det er løsningen på traumatisk skade, fødselsdefekter, kræft og aldring. Alle disse forskellige problemer er her, fordi vi ikke ved, hvordan vi kan forudsige og kontrollere, hvilke grupper af celler, der skal bygge. Xenobots er en ny platform til at lære os.'
Gør anti-aldringsteknologi til en realitet
På dette tidlige stadium er det svært virkelig at forstå de potentielle anvendelser af xenobots. "Alt, vi kan gøre, er at overveje de fordele, denne teknologi har i forhold til traditionelle robotter," siger Bongard, "hvilket er, at de er små, biologisk nedbrydelige og glade i vand." billig afsaltning af vand, er der ingen tvivl om, at anti-aldringsteknologi vil være et af hovedområderne for fremtidig forskning. Udsigten til at forvise aldersrelaterede sygdomme til historiebøgerne vil helt sikkert være fristende nok for ethvert forskerhold, før du overhovedet tænker på de økonomiske belønninger.
Regenerativ medicin er måske ikke lige i horisonten endnu, men med fremkomsten af selvreplikerende xenobots har vi bestemt taget et stort spring hen imod det. Med muligheden for, at vores egne celler kan omstilles til at bekæmpe kendetegnene ved aldring, vil vi ikke kun leve længere, men vi vil være i stand til at nyde det mere - du kan forblive i form og temmelig godt op i dine tre hundrede. Så du vil måske tage Pac-Man lidt mere seriøst næste gang du spiller den, fordi dens fætter, xenobot, kan bringe livets eliksir til dig i en ikke alt for fjern fremtid.
Referencer:
1. R. D. Kamm et al., Perspektiv: Løftet om multicellulære konstruerede levende systemer. APL Bioeng. 2, 040901 (2018).
2. D. Blackiston et al., En cellulær platform til udvikling af syntetiske levende maskiner. Sci. Robot. 6, eabf1571 (2021).
3. J. Losner, K. Courtemanche, J. L. Whited, En tværartsanalyse af systemiske mediatorer af reparation og kompleks vævsregenerering. NPJ Regen. Med. 6, 21 (2021).
4. S. Kriegman, D. Blackiston, M. Levin, J. Bongard, En skalerbar pipeline til design af rekonfigurerbare organismer. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 117, 1853-1859 (2020).
5. V. Zykov, E. Mytilinaios, B. Adams, H. Lipson, Robotics: Self-reproducering machines. Nature 435, 163-164 (2005).
6. Z. Qu et al., Mod højtydende mikroskalabatterier: Konfigurationer og optimering af elektrodematerialer ved in-situ analytiske platforme. Energilagring Mater. 29, 17-41 (2020).
7. Q. Wu et al., Organ-on-a-chip: Seneste gennembrud og fremtidsudsigter. Biomed. Eng. Online 19, 9 (2020).
8. E. Garreta et al., Rethinking organoid technology through bioengineering. Nat. Mater. 20, 145-155 (2021).
9. Y. Han et al., Mesenchymale stamceller til regenerativ medicin. Cells 8, 886 (2019).
10. S. F. Gilbert, S. Sarkar, Embracing complexity: Organicism for the 21st century. Dev. Dyn. 219, 1-9 (2000).
11. G. S. Hussey, J. L. Dziki, S. F. Badylak, Ekstracellulær matrix-baserede materialer til regenerativ medicin. Nat. Rev. Mater. 3, 159-173 (2018).
