En 2020, el biólogo Michael Levin y sus colegas informaron que habían creado “robots biológicos” dando forma a grupos de células en pequeñas formas artificiales que podían “caminar” sobre superficies. El equipo de levin argumentó que estas entidades, que denominó xenobots porque fueron hechos de células de piel y músculo cardíaco de la rana africana con garras Xenopus laevis, podría considerarse un nuevo tipo de organismo. Esa afirmación se volvió quizás más convincente cuando un año después los investigadores demostraron que los xenobots podían autoensamblarse espontáneamente a partir de las células de la piel de las ranas y exhibir comportamientos diversos mientras nadaban en líquido.
Algunos investigadores argumentaron que tal comportamiento no era tan sorprendente en las células de los anfibios, que son famosas por su capacidad para regenerar partes del cuerpo si están dañadas. Pero ahora Levin y sus colegas de la Universidad de Tufts informan en Ciencia avanzada que tienen creó entidades similares “parecidas a robots” a partir de células humanas. Los llaman antropobots.
La clave para hacer que los antropobots sean móviles es que, al igual que los xenobots, su superficie está cubierta con apéndices proteicos parecidos a pelos llamados cilios que se mueven e impulsan las estructuras a través de un fluido. Para llegar a alguna parte, todos los cilios tienen que funcionar juntos de manera coordinada.
Los antropobots no sólo pueden nadar, sino que también parecen tener formas y modos de comportamiento distintos, como cepas o grupos dentro de la misma especie de organismo. Y el equipo de Tufts informa que los antropobots parecen capaces de inducir una forma rudimentaria de curación de heridas en capas de otras células humanas, lo que plantea la posibilidad de utilizarlas en medicina.
Algunos científicos afirman que la importancia de estos grupos de células humanas, como los xenobots originales, es exagerada; Se preguntan si estas entidades que se forman espontáneamente pueden realmente considerarse una especie de “robot”. Algunos no vieron nada particularmente nuevo o sorprendente en la idea de que las células de rana pudieran formar pequeños grupos que pudieran moverse. “En general, el xenopus La comunidad de embriones que conoce estas células no pudo ver realmente de qué se trataba tanto alboroto”, dice Jamie Davies, biólogo del desarrollo de la Universidad de Edimburgo en Escocia, que no participó en el estudio de Levin de 2020 ni en el reciente. Tampoco le sorprende que grupos de células humanas como estos se muevan.
Pero Levin sostiene que la clave aquí es un cambio de perspectiva. En lugar de considerar los grupos de células como pequeños trozos de tejido que pueden usarse para investigar la biología humana, deberían verse como entidades similares a organismos por derecho propio, con formas y comportamientos particulares que pueden usarse como una “plataforma biorrobótica” para aplicaciones médicas y de otro tipo, por ejemplo, modificando sistemáticamente estas características para obtener algún comportamiento útil, como reparar tejidos dañados en el cuerpo.
Más fundamentalmente, dice Levin, los antropobots ofrecen una visión del “morfoespacio” disponible para las células humanas al mostrar que pueden construir espontáneamente no sólo los tejidos y órganos del cuerpo humano sino también estructuras bastante diferentes que la naturaleza misma nunca ha generado. “Estamos explorando aspectos del morfoespacio”, dice. “La evolución te da un pequeño punto de variación, pero en realidad hay mucho más”. Esta capacidad de las células y tejidos para desarrollar diferentes tipos de estructuras se llama plasticidad.
Los antropobots, cada uno de entre 30 y 500 micrómetros de diámetro y capaces de sobrevivir hasta dos meses, están hechos de células extraídas de tejido pulmonar humano adulto. Este tejido tiene naturalmente cilios en su superficie que se mueven hacia adelante y hacia atrás para transportar el moco, que puede absorber y así eliminar los desechos del aire inhalado. (Por el contrario, los cilios de la piel de rana mueven la mucosidad para mantener la piel húmeda).
Ya se sabe que este tipo de tejido puede agregarse en grupos de ciliados. A principios de la década de 2010, varios artículos informaron que dichos agregados, a menudo llamados organoides, pueden usarse para estudiar la función pulmonar. En algunos de ellos, los cilios apuntan hacia un espacio interior hueco, como en las ramas de las propias vías respiratorias humanas. Pero en los últimos años, los investigadores también han descubierto aproximadamente esférico grupos de células de las vías respiratorias (esferoides) creciendo con los cilios señalando desde su superficie, como lo hacen en los antropobots.
Debido a que ese trabajo anterior se refería a crear organoides como modelos del sistema respiratorio humano, no incluyó ninguna investigación del comportamiento de las estructuras celulares. En general, los estudios mantuvieron los esferoides de las vías respiratorias incrustados e inmovilizados en un gel rico en proteínas llamado Matrigel. “Nuestro objetivo principal era desarrollar un sistema organoide de las vías respiratorias para identificar posibles terapias farmacológicas para tratar la fibrosis quística”, una enfermedad pulmonar congénita, dice el patólogo Walter Finkbeiner de la Universidad de California en San Francisco, uno de los autores de los estudios anteriores.
Por el contrario, el equipo de Levin quería liberar los esferoides. “El paso complicado es disolver Matrigel suavemente para eliminar las proteínas del gel, pero no las que mantienen unidos a los robots”, dice Gizem Gumuskaya de Tufts, autor principal del nuevo artículo. Ella dice que dos de los tres enfoques anteriores para crear esferoides de vías respiratorias moldearon los grupos haciéndolos en pequeños pozos en lugar de permitir que se autoensamblaran, como hizo su equipo, explorando así la plasticidad innata de las células. Añade que este último método hace que los esferoides sean más rápidos y eficientes.
superbot, que ha demostrado la capacidad de favorecer el crecimiento de las neuronas. Crédito: Gizem Gumuskaya et al., 2023 Ciencia avanzada
El primer desafío para el equipo de Tufts será persuadir a otros de que los antropobots son entidades independientes por derecho propio, con formas y comportamientos que las células “buscan” colectivamente, en lugar de simples trozos de tejido humano un tanto aleatorios que superficialmente parecen microorganismos.
Davies, quien anteriormente fue coautor de un artículo de revisión sobre morfología sintética con Levin, sintió que había cierto interés en el trabajo inicial con xenobots. Pero no le impresiona que los grupos de células humanas puedan “nadar” con sus cilios. Esto, dice, es prácticamente inevitable si los cilios se mueven una vez que los esferoides se liberan de la matriz del gel. Eso es simplemente mecánica newtoniana y es una función puramente accidental, dice, y agrega: “No puedo entender cómo estos grupos de células con cilios agitados merecen el término ‘bots'”.
El comportamiento de estos organoides ilustra la funcionalidad biológica de las células que los componen, según Salvatore Simmini y Jenna Moccia de la empresa de biotecnología STEMCELL Technologies, quienes también han cultivado organoides de las vías respiratorias humanas. Si los movimientos coordinados de los cilios que eliminan la mucosidad de las vías respiratorias se mantienen en los organoides con los cilios orientados hacia afuera, dijeron Simmini y Moccia, los cilios actuarán como pequeños remos que impulsarán los grupos de células a través del líquido.
Sin embargo, Levin y sus colegas sostienen que estos movimientos no son simplemente aleatorios. Después de investigar estadísticamente los movimientos de cientos de antropobots, dicen que los robots parecen dividirse en clases distintas. En un grupo, las estructuras (pequeñas y más o menos esféricas) tienen cilios por toda su superficie y no tienden a moverse en absoluto. Los otros grupos tienen estructuras más irregulares (algo con forma de patata) que están cubiertas sólo parcialmente por cilios. Se diferencian en tener cilios que están estrechamente agrupados en una región, lo que los lleva a nadar en trayectorias circulares, o en tener cilios más sueltos que los hacen moverse en líneas rectas.
Los investigadores dicen que cada uno de estos tipos morfológicos y de comportamiento puede considerarse una estructura objetivo inherente para los grupos de células, al igual que los diferentes tipos de tejidos u órganos del cuerpo humano.
“Lo que nunca antes se había demostrado es el efecto que estas cosas tienen en otras células”, añade Levin. Cuando los investigadores pusieron a los antropobots deambulando sobre una capa plana de neuronas humanas cultivadas en un plato que había sido dañado por un rasguño, descubrieron que los robots ayudarían a las neuronas a volver a crecer a través de la brecha. Esto no se debió sólo a que los antropobots proporcionaron un puente pasivo entre los dos bordes, sino que pequeños trozos de un gel de polisacárido inerte no tuvieron el mismo efecto.
“No conocemos el mecanismo y esa es una de las cosas que estamos tratando de descubrir”, dice Gumuskaya. “Pero sabemos que no es meramente mecánico”. Levin sospecha que los antropobots están enviando señales (quizás bioquímicas) a las neuronas en los bordes del rasguño que las alientan a crecer en la brecha.
“Encontrar esta habilidad fue una de las primeras cosas que analizamos”, dice Levin. “Eso me dice que probablemente hay muchas otras cosas posibles, y esto es sólo la punta del iceberg. Esto abre la posibilidad de utilizar estas construcciones para afectar a otras células. [in living organisms or in a lab dish] de muchas otras maneras”. Gumuskaya espera buscar un comportamiento “curativo” similar en modelos de enfermedades neurodegenerativas humanas, como los organoides neuronales que imitan el cerebro; Levin sugiere que los antropobots podrían usarse para ayudar a reparar retinas o médulas espinales dañadas. Pero por ahora estas ideas siguen siendo totalmente especulativas.