Исследователи создали первых роботов из живых клеток

Ученые из Вермонтского и Тафтского университетов с помощью суперкомпьютерного моделирования научились собирать из стволовых клеток африканской водной лягушки семейства шпорцевых Xenopus laevis микроскопических биороботов, которые способны самостоятельно двигаться, выполнять элементарные задачи и даже залечивать повреждения.

«Это новые живые машины. Они не являются ни традиционными роботами, ни известным видом животных. Это новый класс живых программируемых организмов, созданных человеком», ‒ отмечает руководитель исследования Джошуа Бонгард.

Ученые назвали новые существа реконфигурируемыми организмами, или ксеноботами (от слова «бот» и латинского названия лягушки).

По сути, это крошечные сгустки биоматериала размером до миллиметра, содержащие от 500 до 1000 клеток кожи и сердца эмбрионов лягушки. Клетки кожи позволяют этим организмам сохранять форму, а клетки сердца, которые сами собираются в мышечную ткань кардиомиоцитов, ‒ двигаться с каждым сокращением.

На основе эволюционного алгоритма, созданного инженерами-робототехниками из Вермонтского университета, на суперкомпьютере Deep Green были рассчитаны сотни стабильных вариантов ксеноботов, каждый из которых затем протестировали в виртуальной среде, чтобы проверить, будет ли он двигаться при сокращении клеток сердечной мышцы. На основе наиболее удачных конфигураций биологи Тафтского университета с помощью микроскопических пинцетов и электродов создавали реконфигурируемые организмы in vivo ‒ то есть из живых клеток.

Поскольку сердечные клетки способны самопроизвольно сжиматься и расслабляться, они ведут себя как миниатюрные двигатели, которые приводят роботов в движение до тех пор, пока запасы энергии в клетках не истощатся. Испытания показали, что эти существа живут несколько дней или даже недель, потребляя запасы эмбриональной энергии.

Чтобы клетки оставались живыми, ксеноботы должны находиться в водной среде. В чашке Петри они плавают кругами и могут даже перемещать небольшие гранулы. Ученые считают, что эту способность ксеноботов в будущем можно будет использовать в организме человека ‒ для целевой доставки препаратов или для очистки сосудов от бляшек.

В случае повреждения биороботы могут сами залечивать свои раны. Когда же задание выполнено, а энергия закончилась, они умирают и разрушаются так же, как все живые существа, распадаясь на мертвые клетки, не загрязняющие окружающую среду. Впрочем, живыми ксеноботов можно назвать весьма условно, поскольку они не способны ни эволюционировать, ни размножаться.

По словам авторов исследования, они впервые проектируют полностью биологические машины с нуля, не пытаясь скопировать уже существующие биологические виды или отредактировать их.

«Это стопроцентная лягушачья ДНК, но это не лягушки. Мы показали, что из лягушачьих клеток можно создать новые живые формы, которые полностью отличаются от стандартной анатомии. Они очень маленькие, но в конечном итоге мы планируем сделать их более масштабными», ‒ говорит еще один автор научной работы, Майкл Левин из Тафтского университета.

В дальнейшем ученые хотят создать ксеноботов с кровеносными сосудами, нервной системой и сенсорными клетками, из которых будут сформированы рудиментарные глаза. Если использовать для этого клетки млекопитающих, ксеноботы смогут жить на суше.

Смотрите нас в YouTube! Читайте в Facebook, Instagram и Telegram!