São os primeiros robôs já construídos inteiramente com células vivas. Os chamados ‘xenobots’ poderiam substituir robôs tradicionais de metal ou plástico, para funções como reunir microplásticos nos oceanos e viajar nas artérias para remover placas, sem poluir o planeta, mas levantam questões éticas.
Informações do Science Alert; Smithsonianmag.
Em outra vida, se lhes fosse permitido seguir seu desenvolvimento natural, as células-tronco retiradas de sapos embrionários teriam se transformado em pele e tecido cardíaco nos animais vivos. E, no entanto, Levin e seus colegas descobriram que as células da pele e as células do coração podem ser coaxiais. Colocados lado a lado, eles se auto-organizarão em complexos mosaicos tridimensionais de células de sapo que na verdade não são sapos.
Em vez disso, em configurações projetadas por algoritmos e construídas por humanos, essas células foram reunidas em algo novo: os primeiros robôs construídos inteiramente a partir de células vivas, híbridos de pele e coração, cada um do tamanho de um grão de areia .
Os criadores os chamaram de xenobots; em homenagem aos sapos africanos com garras Xenopus laevis dos quais derivam suas células, eles têm um enorme potencial para revelar as regras que governam a forma como os blocos de construção da vida se reúnem. Os minúsculos blobs de tamanho submilimétrico contendo entre 500 e 1.000 células foram capazes de atravessar uma placa de Petri, se auto-organizar e até transportar cargas úteis mínimas. Esses xenobots são diferentes de qualquer organismo vivo ou órgão que encontramos ou criamos até o momento.
As possibilidades de máquinas vivas personalizadas projetadas para uma variedade de finalidades, desde a entrega direcionada de medicamentos até a remediação ambiental, são bastante impressionantes. Ao contrário dos robôs tradicionais, eles argumentam que os xenobots vivos e auto-reparadores do futuro poderiam teoricamente realizar esses feitos sem poluir o planeta – e podem se consertar.
“Estas são novas máquinas vivas”, disse o cientista da computação e roboticista Joshua Bongard, da Universidade de Vermont.
“Eles não são um robô tradicional nem uma espécie conhecida de animal. É uma nova classe de artefato: um organismo vivo e programável”.
O design dos xenobots exigiu o uso de um supercomputador e um algoritmo que pudesse reunir algumas centenas de células de coração e pele de sapo em diferentes configurações (como os blocos de LEGO) e simular os resultados.
As partes mostradas em verde são compostas por células da pele de sapo, enquanto as partes em vermelho são células cardíacas de sapo.
(Kriegman et al., PNAS, 2020)
Os cientistas atribuiriam um resultado desejado – como a locomoção – e o algoritmo criaria projetos candidatos destinados a produzir esse resultado. Milhares de configurações de células foram projetadas pelo algoritmo, com diferentes níveis de sucesso.
As configurações menos bem-sucedidas das células foram descartadas e as mais bem-sucedidas foram mantidas e refinadas, até que fossem tão boas quanto conseguiriam.
Em seguida, a equipe selecionou os projetos mais promissores para construir fisicamente as células colhidas de sapos africanos embrionados (Xenopus laevis). Este foi um trabalho minucioso, usando uma pinça microscópica e um eletrodo.
Quando finalmente foram montadas, as configurações foram capazes de se mover, de acordo com as simulações. As células da pele agem como uma espécie de andaime para manter tudo unido, enquanto as contrações dos músculos das células cardíacas são trabalhadas para impulsionar os xenobots.
Essas máquinas passaram por um ambiente aquoso por até uma semana sem a necessidade de nutrientes adicionais, alimentados por seus próprios estoques de energia ‘pré-carregados’ na forma de lipídios e proteínas.
Um design tinha um orifício no meio, na tentativa de reduzir o arrasto. Esse buraco pode ser colocado em uma bolsa para o transporte de objetos, segundo a equipe; À medida que evoluíam o design, incorporaram a bolsa e transportaram um objeto em uma simulação.
“Você olha para as células com as quais construímos nossos xenobots e, genomicamente, são sapos. É 100% DNA de sapo – mas não são sapos. Então você pergunta, bem, o que mais essas células são capazes de construir ? “ disse o biólogo Michael Levin, da Universidade Tufts.
“Como mostramos, essas células de sapo podem ser persuadidas a criar formas vivas interessantes que são completamente diferentes daquilo que seria sua anatomia padrão”.
Embora a equipe os chame de ‘vivos’, isso pode depender de como você define os seres vivos. Esses xenobots não conseguem evoluir por conta própria, não existem órgãos reprodutivos e são incapazes de se multiplicar.
Com apenas um milímetro de diâmetro, os xenobots ainda não são capazes de muito. Desprovidos de bocas ou sistemas digestivos, eles são alimentados exclusivamente pelos pedaços de gema embrionária que vieram com eles e morrem após cerca de uma semana em que o suco seca, diz Bongard.
Quando as células ficam sem nutrientes, os xenobots simplesmente se tornam um pequeno grupo de células mortas. (Isso também significa que eles são biodegradáveis, o que lhes dá outra vantagem sobre os robôs de metal e plástico).
(Kriegman et al., PNAS, 2020)
A equipe já está experimentando diferentes tipos de células, encarregadas de novos tipos de tarefas. Existe ainda uma característica assombrosa de seu comportamento de agrupamento de partículas, os xenobots também parecem ser capazes de criar novas versões de si mesmos, unindo células únicas até começarem a coalescer, diz Levin. Eles também são resistentes: quando abertos, os robôs simplesmente reparam suas feridas e continuam.
Embora o estado atual dos xenobots seja relativamente inofensivo e muita coisa possa resultar dessa tecnologia, também é importante considerar possíveis desvantagens, diz Susan Anderson, especialista em ética em máquinas e filósofos da Universidade de Connecticut que não participou do estudo. Em mãos erradas, o poder dos xenobots poderia ser facilmente explorado como uma arma biológica, transportando venenos em vez de remédios para as pessoas. Há também uma aceitação cultural a ser considerada: a mera ideia de remontar formas de vida existentes pode ser preocupante para alguns, evocando pensamentos do monstro de Frankenstein ou da vivissecção experimental no romance de ficção científica de HG Wells, de 1896, The Island of Doctor Moreau .
À medida que esse campo de pesquisa cresce, as diretrizes de regulamentação e ética precisam ser escritas, aplicadas e respeitadas.
Mas há muito bem potencial também.
“Podemos imaginar muitas aplicações úteis desses robôs vivos que outras máquinas não podem fazer”, disse Levin, “como pesquisar compostos tóxicos ou contaminação radioativa, retirar microplásticos dos oceanos, injetar drogas no corpo humano ou viajar nas artérias para remover placas”.
Bongard e seus colegas reconhecem a gravidade de seu trabalho. “A ética em torno disso não é trivial”, diz ele. Embora a equipe ainda não tenha incluído bioeticistas em suas pesquisas, “é algo que precisaremos fazer na discussão sobre o que fazer com essa tecnologia”, acrescenta ele. Primeiro, porém, “nós apenas queríamos demonstrar que isso era possível”.
A pesquisa foi publicada no PNAS e a equipe disponibilizou seu código-fonte gratuitamente no Github.
