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Xenobot: cosa sono i nuovi robot viventi?

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A sinistra, il modello anatomico tridimensionale realizzato a computer. A destra, l'organismo "vivente", fatto di cellule cutanee (verde) e cardiache (rosso) di rana. (Credit: Sam Kriegman, UVM)

Gli xenobot sono una nuova interessante invenzione messa a punto da un team di scienziati dell’Università del Vermont (UVM). Questi hanno “riprogrammato” delle cellule viventi estratte da embrioni di rana e le hanno assemblate in “nuove forme di vita”, completamente diverse da quelle viste finora.

Questi millimetrici “xenobot” possono muoversi verso un obiettivo, forse anche prelevare un “carico” (come ad esempio una sostanza chimica o un farmaco) e possono inoltre autorigenerarsi a seguito di un danno.

Cosa sono davvero gli xenobot?

“Queste sono nuove macchine viventi” ha detto Joshua Bongard, uno degli autori dello studio condotto dall’Università del Vermont (UVM). “Non sono né robot tradizionali né una specie conosciuta di animale. È una nuova classe di artefatto: un organismo vivente e programmabile“.

Le sensazionalistiche parole di Bongard incuriosiscono senza dubbio l’immaginario del lettore, ma precisamente di cosa sono fatti questi xenobot?

Xenopus laevis
Esemplare di Xenopus laevis

Uno xenobot è un ammasso di cellule staminali provenienti da un embrione di una specie di rana americana, la Xenopus laevis (dal cui nome deriva la parola “xenobot”). Queste cellule – alcune epiteliali (cioè cutanee) altre cardiache (cioè muscolari) – sono artificialmente assemblate a formare delle forme prestabilite a computer, in modo tale da creare degli aggregati funzionali a un determinato scopo.

Nonostante siano stati definiti “esseri viventi”, uno xenobot in realtà è più simile a un organo o un tessuto artificiale piuttosto che a un essere vivente vero e proprio. Levine ha dichiarato: “Le cellule che abbiamo assemblato sono, dal punto di vista genomico, rane. C’è il 100% di DNA di rana, ma non sono rane”.

Come sono stati costruiti?

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Uno xenobot “quadrupede” dal diametro di 650-750 micron, poco più piccolo di una testa di spillo. (Credit: Douglas Blackiston, Tufts University.)

Le nuove “creature” vengono prima disegnate su un supercomputer della UVM che fornisce un modello virtuale tridimensionale; dopodiché vengono assemblate e testate dai biologi della Tufts University.

Per la fase di design, il team della UVM, attraverso il supercomputer Vermont Advanced Computing Core, ha usato un rivoluzionario algoritmo per creare migliaia di forme anatomiche possibili. L’algoritmo permetteva inoltre di testare ogni possibile modello e di valutarne l’efficienza nella locomozione. Il computer ha poi selezionato le forme anatomiche più adatte a compiere un movimento in una direzione specifica.

Il team della Tufts, diretto da Michael Levin e dal microchirurgo Douglas Blackiston, ha poi trasferito il modello virtuale dal computer alla realtà.

Inizialmente hanno raccolto delle cellule staminali e, una volta fatte crescere in coltura, queste sono state assemblate e plasmate secondo il modello tridimensionale fornito dal supercomputer.

Una volta assemblate le cellule, queste cominciano a lavorare insieme. Le cellule cutanee formano un’architettura passiva, mentre le cellule cardiache tendono a sincronizzarsi fra loro e a produrre una contrazione che permette allo xenobot di muoversi autonomamente in una direzione.

A cosa possono servire gli xenobot?

Questi organismi “programmabili” sono capaci di muoversi in un modo coerente e di esplorare l’ambiente in cui sono immersi. Con le giuste condizioni di umidità, posseggono un’autonomia funzionale di giorni o settimane grazie ai depositi energetici delle cellule embrionali.

Alcuni xenobot sono stati disegnati con un foro al centro, in modo da diminuire l’attrito ma anche per trasportare un carico come ad esempio una molecola. Bongard ha dichiarato che “questo è un grande step per il rilascio intelligente di farmaci“.

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Prof. Josh Bongard dell’Università del Vermont (foto: Joshua Brown)

Michael Levin ha poi dichiarato che “possiamo immaginare molte utili applicazioni di questi robot viventi, alcune delle quali impossibili per le macchine tradizionali. Ad esempio scovare composti chimici dannosi o contaminanti radioattivi, accumulare la microplastica degli oceani, oppure viaggiare nelle nostre arterie per liberarle dalle placche”.

Rispetto alle tradizionali tecnologie fatte di acciaio o plastica (sicuramente più resistenti e flessibili) gli xenobot sono completamente biodegradabili e posseggono la capacità di autorigenerarsi come un tessuto vivente.

Implicazioni etiche e prospettive future

Sono ormai millenni che gli umani manipolano gli organismi viventi per il proprio benessere. Dallo sviluppo dell’agricoltura e della selezione artificiale dei vegetali migliori si è passati poi alla clonazione animale e allo sviluppo degli OGM. Tuttavia questa è la prima volta che si crea “una macchina biologica” ideata e costruita dal nulla.

Molte persone sono preoccupate del rapido progresso tecnologico e soprattutto sulla manipolazione biologica. Levin stesso ha dichiarato che “la paura è comprensibile, quando cominciamo a pasticciare con cose che non conosciamo possiamo ottenere conseguenze indesiderate. Tuttavia penso ci sia un’assoluta necessità per la società di andare avanti per avere un maggiore controllo sui sistemi complessi“.

L’importanza di questo studio si inserisce nel tentativo di comprendere i processi biochimici, bioelettrici e biomeccanici che si celano dietro la cooperazione tra cellule. Levine e il suo team credono infatti che la costruzione degli xenobot sia un piccolo passo verso la comprensione del cosiddetto “codice morfogenico“, spianando la strada a una migliore comprensione dell’organizzazione degli essere viventi.

Fonti

https://www.uvm.edu/uvmnews/news/team-builds-first-living-robots

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