Американские ученые сообщили о создании первых в мире биороботов, полностью собранных из живых клеток. По сути дела, это новый класс программируемых живых существ. Описание исследования приведено в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ученые из Вермонтского и Тафтского университетов с помощью суперкомпьютерного моделирования научились собирать из стволовых клеток африканской водной лягушки семейства шпорцевых Xenopus laevis микроскопических биороботов, способных самостоятельно двигаться, выполнять элементарные задачи и даже залечивать повреждения.
"Это новые живые машины, — приводятся в пресс-релизе Вермонтского университета слова руководителя исследования Джошуа Бонгарда (Joshua Bongard). — Они не являются ни традиционными роботами, ни известным видом животных. Это новый класс живых программируемых организмов, созданных человеком".
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 тысячи 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, например, будет ли он двигаться при сокращении клеток сердечной мышцы. На основе наиболее удачных конфигураций биологи Тафтсткого университета с помощью микроскопических пинцетов и электродов создавали реконфигурируемые организмы in vivo — то есть из живых клеток.
Поскольку сердечные клетки самопроизвольно сжимаются и расслабляются, 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. 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, — говорит еще один автор научной работы, Майкл Левин (Michael Levin) из Тафтского университета. — Они очень маленькие, но в конечном итоге мы планируем сделать их более масштабными".
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.
