Слово «робот» вызывает в воображении образы человекоподобных металлических машин (гуманоидов), спроектированных и запрограммированных для автоматического выполнения определенных задач. Однако роботы (или боты) могут быть любой формы и размера, а также изготовлены из любого материала (включая биологические материалы, такие как живые клетки) в зависимости от конструкции и функциональных требований. Они могут не иметь физической формы, как в случае с Siri или Alexa . Роботы — это рационально спроектированные устройства или машины, демонстрирующие автономность и выполняющие определенные задачи.
Биологические роботы (или биоботы) используют живые клетки или ткани в качестве материала для своих конструкций. Как и все роботы, биоботы также являются программируемыми машинами, обладают автономностью и выполняют определенные задачи. Это особый класс активных живых и подвижных синтетических структур.
Сами по себе живые ткани — это не роботы. Это части животных. Живые клетки становятся роботами, когда их освобождают от обычных ограничений и программируют на желаемую форму и функцию путем искусственного объединения и придания клеткам определенной формы для проявления конкретного поведения.
Ксеноботы были первыми полностью биологическими биороботами, созданными в лаборатории в 2020 году с использованием яйцеклеток эмбрионов вида лягушек Xenopus laevis (отсюда и название «ксеноботы»). Это был первый живой, самовосстанавливающийся и самовоспроизводящийся искусственный организм. Живые клетки использовались в качестве строительных блоков, освобожденных от обычных ограничений остальной части эмбриона, чтобы дать начало новой форме искусственной жизни, морфология и характеристики которой были искусственно «спроектированы». Таким образом, ксенобот представлял собой живой синтетический организм. Разработка ксеноботов продемонстрировала, что клетки, полученные из эмбриона амфибии, могут быть запрограммированы на желаемую форму и функцию путем снятия естественных ограничений. Однако до сих пор не было известно, можно ли создавать биороботов из клеток неамфибий или взрослых клеток.
Ученые сообщили об успешном создании биороботов с использованием взрослых клеток из неэмбриональных тканей человека , обладающих возможностями, превосходящими возможности ксеноботиков. Этот биоробот получил название « Антробот » из-за своего человеческого происхождения.
Поскольку ксеноботы были получены из эмбриональных клеток амфибий путем индивидуального формования клеток, исследовательская группа начала с проверки того, ограничивается ли способность к созданию биороботов только этими клетками амфибий, или же другие неамфибийные, неэмбриональные взрослые клетки также могут генерировать биороботов? Кроме того, необходимо ли обязательно индивидуально формировать исходные клетки для создания биороботов, или же самоформирование исходных клеток также может привести к самосозданию биороботов? Для этого вместо эмбриональных тканей исследователи использовали взрослые соматические клетки, полученные из эпителия легких человека , и смогли создать новые многоклеточные, самоорганизующиеся, подвижные живые структуры без ручного формования или использования какого-либо внешнего формообразующего оборудования. Используемый метод масштабируем. Были созданы параллельно рои биороботов, которые двигались с помощью ресничек и жили 45–60 дней. Интересно, что также было замечено, что антропоботы перемещались через разрывы в нейрональных монослоях и вызывали эффективное заживление дефектов in vitro.
Синтез антропоботиков имеет важное значение, поскольку демонстрирует, что пластичность клеток, позволяющая создавать биороботов, не ограничивается эмбриональными или амфибийными клетками. Было показано, что взрослые соматические клетки человека без каких-либо генетических модификаций могут формировать новые биороботы без какого-либо внешнего механизма, придающего им форму.
Антропоботы представляют собой усовершенствованную версию ксеноботиков и шаг вперед в соответствующих технологиях, имеющий существенное значение для производства сложных тканей для клинического применения в регенеративной медицине . В будущем может стать возможным производство антропоботиков, персонализированных для каждого пациента, и их имплантация в организм без возникновения иммунного ответа.
Ссылки:
- Блэкистон Д. и др. 2023. Биологические роботы: перспективы новой междисциплинарной области. Мягкая робототехника. Август 2023 г. 674–686. ДОИ: https://doi.org/10.1089/soro.2022.0142
- Гумусская, Г. и другие 2023. Подвижные живые биоботы, созданные самостоятельно из взрослого человека. Человек Соматические семенные клетки-предшественники. Advanced Science 2303575. опубликовано: 30 ноября 2023 г. DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202303575
- Университет Тафтса, 2023 год. Новости – Ученые создают крошечных биологических роботов из Человек Ячейки. https://now.tufts.edu/2023/11/30/scientists-build-tiny-biological-robots-human-cells
- Эбрагимхани Мо.Р. и Левин М., 2021. Синтетические живые машины: новое окно в жизнь. Перспектива iScience. Том 24, выпуск 5, 102505, 21 мая 2021 г. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.102505
