Ha a szaporodás az élet jellemzője, akkor a világ első „élő robotjai” talán éppen most léptek ki egy Petri-csészéből a vermonti Burlingtonban. El kell ismerni, hogy a „kiléptek” talán túlzásba estek (az AI által tervezett „xenobotok” ehelyett szertartás nélkül forogtak az edényben), azonban valami egészen figyelemreméltót sikerült elérniük a folyamat során. Az apró, Pac-Man alakú lények béka őssejteket gyűjtöttek össze a megoldásból, amelyben úsztak, és másolatokat építettek magukról – és ennek nagyságát nem lehet túlbecsülni.
A fejlesztésért felelős csapat – a Vermonti Egyetem, a Tufts Egyetem és a Harvard Egyetem Wyss Biológiailag Inspirált Mérnöki Intézete – olyan kutatásra épít, amelyet tavaly mutattak be, amikor megalkották az első olyan robotokat, amelyek teljes egészében élő sejtekből épültek fel ( a felhasznált sejteket békaembriókból vették). Bár ezek a kezdeti robotok tisztán szerves szerkezetűek voltak, nem tekintették őket élő szervezeteknek, mivel nem voltak képesek önszaporodni – ez az élőlények egyik legalapvetőbb jellemzője.
Idén mindez megváltozott.
Új életformák
Annak érdekében, hogy életre keltsék xenobotjaikat, Sam Kriegman, Ph.D., a csapat társvezetője megbízta a Vermonti Egyetem mesterséges intelligenciáját, és felkérte egy xenobot szülőszerkezetének megtervezésére. „A mesterséges intelligencia hónapokig tartó döcögés után néhány furcsa tervvel állt elő – mondja Kriegman –, köztük olyannal is, amely a Pac-Manre hasonlított. Nagyon nem intuitív. Nagyon egyszerűnek tűnik, de ez nem olyasmi, amivel egy emberi mérnök kitalálna. Miért egy pici száj? Miért nem öt?
A mesterséges intelligencia javasolt tervezésével kapcsolatos kérdések ellenére ezeket az eredményeket felhasználták egy szülő xenobot felépítésére. Ennek a szülőnek sikerült gyerekeket építenie, és ezután unokákat épített. Ijesztő dolgok – nem csak az, hogy létrehoztunk egy önreplikáló robotot, hanem egy másik, amit mi építettünk (egy mesterséges intelligencia) tervezte meg nekünk. „Az emberek sokáig azt gondolták, hogy kidolgoztunk minden módot, amellyel az élet reprodukálhat vagy reprodukálhat” – mondja Douglas Blackiston, Ph.D., aki a xenobot szülőket összeállította –, de ez olyan dolog, amit soha nem figyeltek meg. előtt.'
Nos, az ember alkotta, önszaporodó lények gondolata egyesek gerincét borzonghatja, azonban még nem kell attól tartanunk, hogy a Pac-Man-stílusú betolakodók átveszik az irányítást a bolygó felett. A xenobotok által használt önreplikációs rendszer nem valósult meg teljesen, a folyamat néhány generáció után kihal. Mindazonáltal ennek a biotechnológiai fejlődésnek rendkívül mélyreható következményei vannak, különösen ami az orvostudományt illeti.
Xenobotok és regeneratív gyógyászat
A regeneratív gyógyászat olyan fogalom, amely a sérült szöveteket célzó kezeléseket takarja, nagyrészt a szelektív sejtpótlásra és -javításra összpontosítva. Mivel fő célja a fiatalítás, gyakran úgy gondolják, mint öregedésgátló gyógyszert. Azonban ami visszatart minket a hatékony fejlesztéstől, az az, hogy képtelenek vagyunk pontosan megmondani a sejteknek, hogy mit akarunk tőlük.
A Vermonti Egyetemen folyó munka sokkal közelebb vitt bennünket.
Az embrionális békasejtek, amelyeket a xenobotok összegyűjtöttek, általában békabőrré fejlődtek volna, azonban a vermonti csapat kezében a sejtek újrafeladatot kaptak. „Újszerű kontextusba helyezzük őket” – mondja Michael Levin, Ph.D., a kutatás társvezetője. "Lehetőséget adunk nekik, hogy újragondolják többsejtűségüket."
Bár a sejtek egy béka genomjával rendelkeztek, felszabadultak minden előre meghatározott biológiai út alól, és kollektív genetikai intelligenciájukat felhasználhatták valami egészen más elérésére. „Azon dolgozunk, hogy megértsük ezt a tulajdonságot” – mondja Bongard. „Fontos az egész társadalom számára, hogy tanulmányozzuk és megértsük, hogyan működik ez.”
Valóban. Ha összekapcsolja a sejtszerkezettel kapcsolatos egyre növekvő ismereteinket egy mesterséges intelligencia azon képességével, hogy megrendelésre biológiai eszközöket hozzon létre, hamarosan sokkal nagyobb kontrollt gyakorolhatunk saját sejtjeink felett, mint valaha – a vermonti csapat által végzett kutatás szerint. képesek vagyunk leküzdeni a sejtek öregedésének pusztításait, és növelni az emberi élettartamot.
„Ha tudnánk, hogyan kell megmondani a sejtgyűjteményeknek, hogy azt tegyék, amit mi akarunk, akkor az a regeneratív gyógyászat lenne” – mondja Levin. „Ez a megoldás a traumás sérülésekre, születési rendellenességekre, rákra és öregedésre. Mindezek a különböző problémák azért vannak itt, mert nem tudjuk, hogyan lehet megjósolni és ellenőrizni, hogy milyen sejtcsoportok épülnek fel. A xenobotok egy új platform a tanításunkhoz.
Az öregedésgátló technológia megvalósítása
Ebben a korai szakaszban nehéz igazán felfogni a xenobotok lehetséges alkalmazásait. „Csak annyit tehetünk, hogy figyelembe vesszük, milyen előnyei vannak ennek a technológiának a hagyományos robotokkal szemben” – mondja Bongard –, hogy kicsik, biológiailag lebomlanak és boldogok a vízben Az alacsony költségű vízsótalanítás, nem kérdéses, hogy az öregedésgátló technológia a jövőbeni kutatások egyik fő területe lesz. Az életkorral összefüggő betegségek történelemkönyvekbe való száműzésének lehetősége minden kutatócsoport számára minden bizonnyal elég csábító, még mielőtt az anyagi jutalomra gondolna.
Lehet, hogy a regeneratív gyógyászat még nincs a láthatáron, de az önreplikáló xenobotok megjelenésével minden bizonnyal hatalmas ugrást tettünk felé. Azzal a lehetőséggel, hogy saját sejtjeinket átrendelhetjük az öregedés jellemző jegyeinek leküzdésére, nem csak tovább fogunk élni, de jobban is élvezhetjük majd – fitt maradhat, és jócskán belefér a háromszáz évébe. Tehát érdemes lehet egy kicsit komolyabban venni a Pac-Man-t, ha legközelebb játszol vele, mert unokatestvére, a xenobot a nem túl távoli jövőben elhozhatja neked az életelixírt.
Hivatkozások:
1. R. D. Kamm et al., Perspective: The ígérete a többsejtű mérnöki életrendszereknek. APL Bioeng. 2, 040901 (2018).
2. D. Blackiston et al., A celluláris platform szintetikus élőgépek fejlesztéséhez. Sci. Robot. 6, eabf1571 (2021).
3. J. Losner, K. Courtemanche, J. L. Whited, A javítás és a komplex szövetregeneráció szisztémás mediátorainak fajok közötti elemzése. NPJ Regen. Med. 6, 21 (2021).
4. S. Kriegman, D. Blackiston, M. Levin, J. Bongard, Scalable pipeline for designing reconfigurable organisms. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 117, 1853–1859 (2020).
5. V. Zykov, E. Mytilinaios, B. Adams, H. Lipson, Robotics: Self-reproducing machines. Nature 435, 163–164 (2005).
6. Z. Qu et al., A nagy teljesítményű mikroméretű akkumulátorok felé: Elektródaanyagok konfigurációi és optimalizálása in-situ analitikai platformokon. Energiatároló anyag. 29, 17–41 (2020).
7. Q. Wu et al., Organ-on-a-Chip: Legutóbbi áttörések és jövőbeli kilátások. 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., Mesenchymal stem cell for regenerative medicine. Cells 8, 886 (2019).
10. S. F. Gilbert, S. Sarkar, A komplexitás felkarolása: Organicizmus a 21. században. Dev. Dyn. 219, 1–9 (2000).
11. G. S. Hussey, J. L. Dziki, S. F. Badylak, Extracellular matrix-based materials for regenerative medicine. Nat. Rev. Mater. 3, 159–173 (2018).
