(Créditos da imagem: Kriegman et al., PNAS, 2020).

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 respiradores. 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.

Os criadores os chamaram de “xenobots”; minúsculas bolhas de tamanho submilimétrico contendo entre 500 e mil células que foram capazes de atravessar uma placa de Petri, se auto-organizar e até transportar pequenas quantidades de cargas úteis. Esses xenobots são diferentes de qualquer organismo vivo ou órgão que encontramos ou criamos até o momento.

As máquinas vivas personalizadas podem ser projetadas para uma variedade de finalidades, desde a entrega direcionada de medicamentos até a remediação ambiental.

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“Estas são novas máquinas vivas”, afirmou 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”, disse.

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.

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Os cientistas atribuíram um resultado desejado — como a locomoção — e o algoritmo criou 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 impulsionam os xenobots.

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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.

(Créditos da imagem: Kriegman et al., PNAS, 2020).

Os xenobots também movimentavam objetos no mundo real. Quando o ambiente deles estava repleto de partículas, os xenobots trabalhavam espontaneamente juntos, movendo-se em um movimento circular para empurrar as partículas para um local.

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Segundo os pesquisadores, seus esforços podem fornecer informações valiosas sobre como as células se comunicam e trabalham juntas.

“Você olha para as células com as quais construímos nossos xenobots e, genomicamente, são sapos. É 100% DNA de sapo — mas não são sapos”, 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”, completou.

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.

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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).

Embora o estado atual dos xenobots seja relativamente inofensivo, existe o potencial de trabalhos futuros incorporarem células do sistema nervoso ou desenvolvê-las em armas biológicas. 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.

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“Podemos imaginar muitas aplicações úteis desses robôs vivos que outras máquinas não podem fazer, como pesquisar compostos desagradáveis ​​ou contaminação radioativa e reunir microplásticos nos oceanos”, disse Levin. [ScienceAlert].

Referência:

  1. KRIEGMAN, Sam et al. “A scalable pipeline for designing reconfigurable organisms”; PNAS, 2020. Acesso em: 15 jan. 2020.