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I “robot viventi” progettati dall’intelligenza artificiale forniscono una potenziale nuova base per la medicina rigenerativa

By Nutriop Longevity dicembre 26, 2021

Se la riproduzione è il segno distintivo della vita, allora i primi “robot viventi” al mondo potrebbero essere appena usciti da una capsula di Petri a Burlington, nel Vermont. Certo, "uscire fuori" potrebbe essere un'esagerazione (gli "xenobot" progettati dall'intelligenza artificiale si sono invece rotolati senza tante cerimonie nel piatto), tuttavia, sono riusciti a ottenere qualcosa di davvero notevole nel processo. Le minuscole creature a forma di Pac-Man hanno raccolto cellule staminali di rana dalla soluzione in cui nuotavano e hanno costruito copie di se stesse – e la grandezza di ciò non può essere sopravvalutata.

 

Xenobots  - the world's first self-replicating robots


Il team responsabile dello sviluppo, proveniente dall’Università del Vermont, dalla Tufts University e dal Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell’Università di Harvard, si è basato sulla ricerca svelata l’anno scorso quando hanno creato i primi robot costruiti interamente con cellule viventi. le cellule utilizzate sono state prelevate da embrioni di rana). Sebbene questi robot iniziali avessero una struttura puramente organica, non erano considerati organismi viventi poiché non avevano la capacità di auto-replicarsi, una delle caratteristiche fondamentali di una creatura vivente.

Tutto è cambiato quest'anno.

 

Nuove forme di vita

Nel tentativo di dare vita ai loro xenobot, Sam Kriegman, Ph.D., co-leader del team, ha coinvolto l'intelligenza artificiale dell'Università del Vermont e le ha chiesto di progettare una struttura madre di xenobot. "L'intelligenza artificiale ha escogitato alcuni strani progetti dopo mesi di tentativi", afferma Kriegman, "incluso uno che somigliava a Pac-Man". Non è molto intuitivo. Sembra molto semplice, ma non è qualcosa che un ingegnere umano potrebbe inventare. Perché una bocca piccola? Perché non cinque?»

 

Xenobot


Nonostante le domande sul progetto proposto dall’IA, questi risultati sono stati comunque utilizzati per costruire uno xenobot genitore. Questo genitore è riuscito a costruire figli e ha continuato a costruire nipoti. Cose spaventose: non solo il fatto che abbiamo creato un robot autoreplicante, ma che un altro che abbiamo costruito (un'intelligenza artificiale) lo ha progettato per noi. "La gente pensa da molto tempo che abbiamo scoperto tutti i modi in cui la vita può riprodursi o replicarsi," dice Douglas Blackiston, Ph.D., che ha riunito i genitori degli xenobot, "ma questo è qualcosa che non è mai stato osservato Prima.'

Ora, l’idea di creature create dall’uomo e autoreplicanti potrebbe far venire i brividi lungo la schiena di alcune persone, tuttavia, non dobbiamo ancora preoccuparci che invasori in stile Pac-Man prendano ancora il controllo del pianeta. Il sistema di autoreplicazione utilizzato dagli xenobot non è completamente realizzato, poiché il processo si estingue dopo poche generazioni. Tuttavia, le implicazioni di questo progresso biotecnologico sono estremamente profonde, soprattutto quando si tratta di medicina.

Xenobot e medicina rigenerativa 

Medicina rigenerativa è un termine che copre trattamenti mirati ai tessuti danneggiati, concentrandosi in gran parte sulla sostituzione e riparazione selettiva delle cellule. Poiché il suo scopo principale è il ringiovanimento, è spesso considerato una medicina antietà. Tuttavia, ciò che ci impedisce di svilupparlo in modo efficace è la nostra incapacità di dire con precisione alle cellule cosa vogliamo che facciano.

Il lavoro svolto presso l'Università del Vermont ci ha portato molto più vicini.

Le cellule embrionali di rana raccolte dagli xenobot si sarebbero normalmente sviluppate in pelle di rana, tuttavia, nelle mani del team del Vermont, le cellule sono state riprogrammate. "Li stiamo inserendo in un contesto nuovo", afferma Michael Levin, Ph.D., co-leader della ricerca. “Stiamo dando loro la possibilità di reinventare la loro multicellularità”.

Sebbene le cellule avessero il genoma di una rana, erano libere da qualsiasi percorso biologico predeterminato e potevano usare la loro intelligenza genetica collettiva per ottenere qualcosa di completamente diverso. “Stiamo lavorando per comprendere questa proprietà”, afferma Bongard. “È importante, per la società nel suo complesso, studiare e comprendere come funziona”.

Infatti. Quando uniamo la nostra crescente comprensione della struttura cellulare con la capacità di un’intelligenza artificiale di creare strumenti biologici su ordinazione, potremmo presto avere un controllo molto maggiore sulle nostre cellule di quanto non abbiamo mai avuto prima – la ricerca condotta dal team del Vermont ha concesso ci dà la capacità di combattere i danni dell’invecchiamento cellulare e di aumentare la longevità umana.

“Se sapessimo come dire a gruppi di cellule di fare ciò che vogliamo che facciano, in definitiva, questa sarebbe la medicina rigenerativa”, afferma Levin. “Questa è la soluzione alle lesioni traumatiche, ai difetti congeniti, al cancro e all’invecchiamento. Tutti questi diversi problemi sorgono perché non sappiamo come prevedere e controllare quali gruppi di cellule si costruiranno. Gli Xenobot sono una nuova piattaforma per insegnarci.’

 

Rendere la tecnologia anti-età una realtà

 

Potential Applications of Xenobots

 

In questa fase iniziale, è difficile cogliere veramente le potenziali applicazioni degli xenobot. "Tutto quello che possiamo fare è considerare i vantaggi che questa tecnologia ha rispetto ai robot tradizionali", afferma Bongard, "ovvero che sono piccoli, biodegradabili e si sentono a proprio agio nell'acqua." Anche se ciò potrebbe renderli adatti all'agricoltura, alla produzione di carne coltivata o altro desalinizzazione dell'acqua a basso costo, non c'è dubbio che la tecnologia anti-invecchiamento sarà una delle principali aree di ricerca futura. La prospettiva di bandire le malattie legate all’età nei libri di storia sarà sicuramente abbastanza allettante per qualsiasi gruppo di ricerca prima ancora di pensare alle ricompense finanziarie.

La medicina rigenerativa potrebbe non essere ancora all’orizzonte, ma con l’avvento degli xenobot autoreplicanti abbiamo sicuramente fatto un enorme passo avanti in quella direzione. Con la possibilità che le nostre cellule possano essere riprogrammate per combattere i segni distintivi dell’invecchiamento, non solo vivremo più a lungo, ma saremo in grado di godercelo di più: potresti rimanere in forma e abbastanza bene fino ai trecento anni. Quindi potresti prendere Pac-Man un po' più sul serio la prossima volta che ci giocherai perché suo cugino, lo xenobot, potrebbe portarti l'elisir di lunga vita in un futuro non troppo lontano.

 

 

Riferimenti:

 

1. R. D. Kamm et al., Prospettiva: la promessa di sistemi viventi ingegnerizzati multicellulari. APL Bioeng. 2, 040901 (2018).

2. D. Blackiston et al., Una piattaforma cellulare per lo sviluppo di macchine viventi sintetiche. Sci. Robot. 6, eabf1571 (2021).

3. J. Losner, K. Courtemanche, J. L. Whited, Un'analisi tra specie di mediatori sistemici di riparazione e rigenerazione dei tessuti complessi. Rigenerazione NPJ. Med. 6, 21 (2021).

4. S. Kriegman, D. Blackiston, M. Levin, J. Bongard, Una pipeline scalabile per la progettazione di organismi riconfigurabili. Proc. Natl. Accade. Sci. USA 117, 1853–1859 (2020).

5. V. Zykov, E. Mytilinaios, B. Adams, H. Lipson, Robotica: macchine autoriproduttive. Natura 435, 163–164 (2005).

6. Z. Qu et al., Verso batterie su microscala ad alte prestazioni: configurazioni e ottimizzazione dei materiali degli elettrodi mediante piattaforme analitiche in situ. Materiale per lo stoccaggio dell'energia. 29, 17–41 (2020).

7. Q. Wu et al., Organ-on-a-chip: scoperte recenti e prospettive future. Biomedico. L'Ing. In linea 19, 9 (2020).

8. E. Garreta et al., Ripensare la tecnologia degli organoidi attraverso la bioingegneria. Naz. Madre. 20, 145–155 (2021).

9. Y. Han et al., Cellule staminali mesenchimali per la medicina rigenerativa. Celle 8, 886 (2019).

10. S. F. Gilbert, S. Sarkar, Abbracciare la complessità: organicismo per il 21° secolo. Dev. Din. 219, 1–9 (2000).

11. G. S. Hussey, J. L. Dziki, S. F. Badylak, Materiali a base di matrice extracellulare per la medicina rigenerativa. Naz. Rev. Mater. 3, 159–173 (2018).


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