Ordet "robot" framkallar bilder av humant-liknande konstgjord metallisk maskin (humanoid) designad och programmerad för att automatiskt utföra vissa uppgifter åt oss. Däremot kan robotar (eller botar) ha vilken form eller storlek som helst och kan vara gjorda av vilket material som helst (inklusive biologiska material som levande celler) beroende på design och funktionskrav. Det kanske inte har någon fysisk form som i fallet med Siri or alexa. Robotarna är rationellt utformade artefakter eller maskiner som visar autonomi och utför specifika uppgifter.
Biologiska robotar (eller biobotar) använder levande celler eller vävnader som tillverkningsmaterial. Liksom alla robotar är biobotar också programmerbara maskiner, visar autonomi och utför specifika uppgifter. Dessa är en speciell klass av aktivt levande och rörliga syntetiska strukturer.
De levande vävnaderna per se, är inte robotar. De är delar av djur. De levande celler blir robotar när de befrias från de normala begränsningarna och programmeras till önskad form och funktion genom att artificiellt kombinera och forma cellerna för att visa specifikt beteende.
xenobots var de första helt biologiska biobotarna som skapades i laboratoriet 2020 med hjälp av äggcellerna från embryona från en groda som kallas Xenopus laevis (därav namnet Xenobots). Det var den första levande, självreparerande, självreplikerande artificiella organismen. De levande cellerna användes som byggstenar som befriades från de normala begränsningarna för resten av embryot för att ge upphov till en ny form av artificiellt liv vars morfologi och egenskaper var artificiellt "designade". Xenobot var alltså en levande syntetisk organism. Utveckling av Xenobots visade att celler som härrör från ett amfibieembryo kan programmeras till önskad form och funktion genom att frigöra naturliga begränsningar. Det var dock inte känt om biobotar kunde skapas från icke-amfibieceller eller vuxna celler.
Forskare har nu rapporterat framgångsrik konstruktion av biobotar med hjälp av vuxna celler från icke-embryonala humant vävnad med kapacitet bortom Xenobots. Denna biobot har fått namnet 'Anthrobots' på grund av dess humant ursprung.
Eftersom Xenobots härrörde från amfibiska embryonala celler genom att forma celler individuellt, började forskargruppen med att testa om förmågan att ge upphov till biobotar är begränsad till dessa amfibieceller eller om andra icke-amfibiiska, icke-embryonala vuxna celler också kan generera biobotar? Vidare, om fröcellerna nödvändigtvis måste skulpteras individuellt för att generera biobotar eller om coaxing av initiala fröceller också kan leda till självkonstruktion av biobotar? För detta, istället för embryonala vävnader, använde forskarna vuxna, somatiska celler som härrörde från humant lungepitel och kunde generera nya, flercelliga, självbyggande, rörliga levande strukturer utan manuell skulptering eller med någon extern formgivande maskineri. Metoden som används är skalbar. Parallellt producerades svärmar av biobotar som rörde sig via ciliadriven framdrivning och levde i 45–60 dagar. Intressant nog observerades det också att Anthrobots rörde sig över brott i neuronala monolager och inducerade effektiv läkning av defekter in vitro.
Syntesen av Anthrobots är signifikant eftersom det visar att cellernas plasticitet för att ge upphov till biobotar inte är begränsad till embryonala eller amfibieceller. Det har visat att vuxna somatiska humant vilda celler utan någon genetisk modifiering kan bilda nya biobotar utan något externt formgivande maskineri.
Anthrobots är en förbättring jämfört med Xenobots och ett framsteg inom relevant teknik som har betydande implikationer för produktion av komplexa vävnader för klinisk användning i regenerativ medicin. I framtiden kan det bli möjligt att tillverka Anthrobots anpassade för varje patient och distribuera dem i kroppen utan att inducera något immunsvar.
***
Referenser:
- Blackiston D. et al, 2023. Biological Robots: Perspectives on an Emerging Interdisciplinary Field. Mjuk robotik. augusti 2023. 674-686. DOI: https://doi.org/10.1089/soro.2022.0142
- Gumuskaya, G. et al. 2023. Motile Living Biobots Self-Construct från Vuxen Mänskligt Somatiska progenitorfröceller. Advanced Science 2303575. publicerad: 30 november 2023 DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202303575
- Tufts University 2023. Nyheter – Forskare bygger små biologiska robotar från Mänskligt Celler. https://now.tufts.edu/2023/11/30/scientists-build-tiny-biological-robots-human-cells
- Ebrahimkhani Mo.R. och Levin M., 2021. Synthetic living machines: A new window on life. iScience perspektiv. Volym 24, nummer 5, 102505, 21 maj 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.102505
***
