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(noticias nanowerk) Los robots multicelulares, que varían en tamaño desde el ancho de un cabello humano hasta la punta de un lápiz afilado, fueron diseñados para organizarse por sí mismos y demostraron tener efectos curativos notables en otras células. El descubrimiento es un punto de partida para la visión de los investigadores de utilizar biobots derivados de pacientes como nuevas herramientas terapéuticas para regenerar, curar y tratar enfermedades.
El trabajo sigue investigaciones previas en los laboratorios de Michael Levin, profesor de biología Vannevar Bush en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Tufts, y Josh Bongard de la Universidad de Vermont, en los que utilizaron células de embriones de rana para crear los llamados xenobots multicelulares. robots biológicos, por ejemplo, para navegar por pasillos, recolectar material, registrar información, curarse de lesiones e incluso reproducirse de forma independiente durante algunos ciclos. En ese momento, los investigadores no sabían si estas habilidades dependían de que derivaran de un embrión de anfibio o si los biobots podían construirse a partir de células de otras especies.
Las tesis centrales
![Tres ejemplos de antropobots con cilios parecidos a pelos en amarillo](https://www.nanowerk.com/news2/biotech/id64154_1.jpg)
Investigación
En el estudio actual, publicado en ciencia avanzada (“Motile Living Biobots Self-Construct from Adult Human Somatic Progenitor Seed Cells”), Levin, junto con el estudiante graduado Gizem Gumuskaya, descubrieron que en realidad se pueden crear robots a partir de células humanas adultas sin ninguna modificación genética, y demuestran algunas capacidades que van más allá de eso se observó en los xenobots. El descubrimiento comienza a responder a una pregunta más amplia que el laboratorio se ha estado planteando: ¿Qué reglas gobiernan cómo las células se ensamblan y trabajan juntas en el cuerpo? ¿Se pueden sacar las células de su contexto natural y recombinarlas en diferentes «planes corporales»? ¿Realiza otras funciones intencionalmente?
En este caso, los investigadores dieron a las células humanas la oportunidad de reiniciarse después de décadas de vida tranquila en la tráquea y encontrar formas de crear nuevas estructuras y tareas.
«Queríamos descubrir qué pueden hacer las células más allá de crear funciones estándar en el cuerpo», dijo Gumuskaya, quien obtuvo una licenciatura en arquitectura antes de dedicarse a la biología. «Al reprogramar las interacciones entre células, se pueden crear nuevas estructuras multicelulares, de forma análoga a la forma en que la piedra y el ladrillo se pueden organizar en diferentes elementos estructurales, como paredes, arcos o columnas».
Los investigadores descubrieron que, además de formar nuevas formas multicelulares, las células pueden moverse de diferentes maneras a través de una superficie de neuronas humanas cultivadas en una placa de laboratorio, promoviendo un nuevo crecimiento para llenar los espacios dejados por el raspado de la capa celular.
Aún no está claro exactamente cómo los antropobots promueven el crecimiento de las neuronas, pero los investigadores confirmaron que las neuronas crecieron debajo del área cubierta por un grupo de antropobots, al que denominaron «Superbot».
«Los conjuntos de células que diseñamos en el laboratorio pueden tener capacidades más allá de las que tienen en el cuerpo», dijo Levin, quien también se desempeña como director del Allen Discovery Center en Tufts y es miembro asociado de la facultad del Instituto Wyss. «Es fascinante y completamente inesperado que las células traqueales normales de los pacientes, sin cambiar su ADN, puedan moverse por sí solas y promover el crecimiento neuronal en un área dañada», dijo Levin. «Ahora estamos observando cómo funciona el mecanismo de curación y preguntándonos qué más pueden hacer estas construcciones».
Las ventajas de utilizar células humanas incluyen la capacidad de construir robots a partir de las propias células de los pacientes para realizar trabajos terapéuticos sin el riesgo de desencadenar una respuesta inmune o requerir inmunosupresores. Solo duran unas pocas semanas antes de descomponerse, por lo que pueden ser reabsorbidos fácilmente por el cuerpo una vez finalizado el trabajo.
Además, los antropobots sólo pueden sobrevivir fuera del cuerpo en condiciones de laboratorio muy específicas, y no existe riesgo de exposición o propagación accidental fuera del laboratorio. Asimismo, no se reproducen y no presentan modificaciones, adiciones o eliminaciones genéticas, por lo que no existe riesgo de que evolucionen más allá de las medidas de protección existentes.
¿Cómo se hacen los antropobots?
Cada antrobot comienza como una sola célula derivada de un donante adulto. Las células provienen de la superficie de la tráquea y están cubiertas con proyecciones parecidas a pelos llamadas cilios que se mueven hacia adelante y hacia atrás. Los cilios ayudan a las células traqueales a expulsar pequeñas partículas que ingresan a las vías respiratorias de los pulmones. Todos experimentamos el trabajo de las células ciliadas cuando damos el paso final y expulsamos las partículas y el exceso de líquido al toser o aclararnos la garganta. Estudios anteriores realizados por otros autores habían demostrado que cuando las células se cultivan en el laboratorio, forman espontáneamente pequeñas esferas multicelulares llamadas organoides.
Los investigadores desarrollaron condiciones de crecimiento que alentaron a los cilios a apuntar hacia afuera en los organoides. A los pocos días comenzaron a moverse, impulsados por los cilios que actuaban como remos. Notaron diferentes formas y tipos de movimientos: el primero. Característica importante de la plataforma biorrobótica. Levin dice que si se pudieran agregar más funciones a los antropobots (por ejemplo, proporcionadas por diferentes células), podrían diseñarse para responder a su entorno y viajar al cuerpo y realizar funciones allí o ayudar a construir tejidos artificiales en el laboratorio.
El equipo, con la ayuda de Simon Garnier del Instituto de Tecnología de Nueva Jersey, caracterizó los diferentes tipos de antropobots que se crearon. Observaron que los robots se dividen en unas pocas categorías discretas de formas y movimientos, cuyo tamaño oscila entre 30 y 500 micrómetros (desde el grosor de un cabello humano hasta la punta de un lápiz afilado), llenando un nicho importante entre la nanotecnología y los dispositivos tecnológicos más grandes. .
Algunos eran esféricos y estaban completamente cubiertos de cilios, otros eran irregulares o tenían forma de balón de fútbol con una cobertura de cilios más irregular o estaban cubiertos de cilios en un solo lado. Se movían en líneas rectas, en círculos cerrados, combinaban estos movimientos o simplemente se sentaban y se movían. Los esféricos que estaban completamente cubiertos de cilios tendían a ser hongos ondulados. Los antropobots con cilios distribuidos de manera desigual tendían a avanzar largas distancias en caminos rectos o curvos. En condiciones de laboratorio, normalmente sobrevivían entre 45 y 60 días antes de biodegradarse de forma natural.
«Los Anthrobots se autoorganizan en la placa de laboratorio», dijo Gumuskaya, quien creó los Anthrobots. “A diferencia de los xenobots, no necesitan pinzas ni bisturís para darles forma, y podemos utilizar células adultas -incluso células de pacientes mayores- en lugar de células embrionarias. Es totalmente escalable: podemos producir enjambres de estos robots en paralelo, lo que es un buen comienzo para desarrollar una herramienta terapéutica”.
Pequeños curanderos
Dado que Levin y Gumuskaya planean en última instancia crear antropobots con aplicaciones terapéuticas, crearon una prueba de laboratorio para ver cómo los robots podrían curar heridas. El modelo implicó hacer crecer una capa bidimensional de neuronas humanas y simplemente raspar la capa con una delgada varilla de metal creó una «herida» abierta sin células.
Para garantizar que Gap esté expuesto a una densa concentración de Anthrobots, crearon «Superbots», un grupo que se forma naturalmente cuando los Anthrobots están confinados en un espacio pequeño. Los Superbots consistían principalmente en dar vueltas y moverse para no alejarse demasiado de la herida abierta.
Aunque se esperaba que fueran necesarias modificaciones genéticas en las células de Anthrobot para ayudar a los robots a promover el crecimiento neuronal, sorprendentemente, los Anthrobots no modificados desencadenaron un recrecimiento significativo, formando un puente de neuronas tan grueso como el resto de las células sanas de la placa. No crecieron neuronas en la herida donde no había Anthrobots. Al menos en el mundo 2D simplificado de la placa de laboratorio, los conjuntos de antropobots promovieron la curación eficiente del tejido nervioso vivo.
Según los investigadores, un mayor desarrollo de los robots podría conducir a otras aplicaciones, incluida la eliminación de la acumulación de placa en las arterias de pacientes con aterosclerosis, la reparación de daños en la médula espinal o los nervios de la retina, la detección de bacterias o células cancerosas o la administración de medicamentos a los tejidos diana. En teoría, los antropobots podrían ayudar a curar el tejido y al mismo tiempo administrar fármacos proregenerativos.
Crea nuevos planes, restaura los antiguos
Gumuskaya explicó que las células tienen la capacidad innata de autoensamblarse en estructuras más grandes de ciertas maneras fundamentales. «Las células pueden formar capas, plegarse, formar esferas, clasificarse y separarse por tipo, fusionarse entre sí o incluso moverse», dijo Gumuskaya. «Dos diferencias importantes con respecto a los ladrillos inanimados son que las células pueden comunicarse entre sí y crear estas estructuras dinámicamente, y cada célula está programada con muchas funciones, como movimiento, secreción de moléculas, detección de señales y más». Descubra cómo estos elementos pueden combinarse para crear nuevos planes y funciones biológicas del cuerpo, diferentes de los que se encuentran en la naturaleza”.
El uso de las reglas inherentemente flexibles de la estructura celular ayuda a los científicos a diseñar los robots, pero también puede ayudarlos a comprender cómo se ensamblan los planos corporales naturales, cómo el genoma y el entorno trabajan juntos para formar tejidos, órganos y extremidades, y cómo estos se restauran con tratamientos regenerativos. .
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