¿El primer animal artificial?

Saludos. Me topé con un artículo científico recientemente publicado por el diario Science en el que sus autores hacen una afirmación cargada de implicancias filosóficas: "hemos creado un sistema biohíbrido que habilita a un animal artificial". Las siguientes citas ilustran los aspectos básicos de este fenómeno:

• "Moldeando cardiomiocitos de rata disociados en un cuerpo elastométrico que recubre a un micro esqueleto de oro, replicamos la morfología de un pez en una escala de uno a diez, que recrea los patrones de movimiento de aleta en un pez batoideo".

• "La velocidad y dirección de la mantarraya fue controlada por una frecuencia modulada de luz y la estimulación y activación individual de sus aletas, permitiendo que la máquina biohíbrida maniobre a través de una pista de obstáculos".

Eso es ciencia para "inventamos una mantarraya robot con partes biológicas vivas a control remoto". 

Sin embargo, antes de plantear algunas preguntas para reflexionar, les presento una traducción que hice del artículo publicado en Popular Mechanics, producto de una entrevista al líder del equipo responsable del proyecto descrito. Pueden leer el artículo original aquí o, mejor aún, revisar la investigación completa aquí.

Aquí comienza la traducción:

Esta mantarraya robot está propulsada por células vivas de rata

Esta mantarraya robótica de textura blanda está hecha con tejido cardíaco de rata.

“Básicamente lo hicimos con una pizca de células cardíacas de rata, una pizca de implante de senos y una pizca de oro.  Prácticamente eso lo resume, salvo por la ingeniería genética (empleada para modificar las células usadas)”, dice Kit Parker, el bioingeniero de Harvard que lideró el equipo que desarrolló el robot.

La mantarraya robótica de Parker es pequeña – aproximadamente de 1,27 cm– y pesa solo 10 gramos, pero se desliza por una superficie acuosa con el mismo movimiento ondulatorio utilizado por rájidos como las mantarrayas.

El robot es propulsado por la contracción de 200,000 células cardíacas de rata cultivadas en el envés del mismo. De hecho, el equipo de Parker programó al robot para seguir estímulos luminosos, permitiéndole doblarse y girar suavemente para atravesar ciertos obstáculos. El invento fue develado el día 08/07/2016 por el diario Science.

“Utilizando células vivas, lograron constrir este robot de una forma imposible de replica con otros materiales”, explica Adam Feinberg, experto en robótica de la Universidad Carnegie Mellon, quien tiene experiencia trabajando con el equipo de Parker, pero no participó en este proyecto. “Encender una luz gatilla el movimiento de los músculos cardíacos. No podrías replicar esta clase de movimientos con circuitos y propulsores en un tablero y, al mismo tiempo, mantener al robot ligero y maniobrable. Además está controlado por control remoto, como un televisor”.

¿COMO CONSTRUIR UN BOT VIVIENTE?

(Nota del traductor: En el contexto de este artículo, por “bot” entendemos un sistema artificial que imita el comportamiento de uno natural).

Para entender cómo los músculos de una rata pueden propulsar a una mantarraya robot, analicémosla capa por capa. El robot está compuesto de cuatro capas secuenciales de material. La capa superior es un cuerpo en 3D de silicona –“la misma empleada para los implantes de senos”, aclara Parker– forjado en un molde de titanio. Este cuerpo flexible y moldeable mantiene unidos a los otros materiales.

La segunda capa es un simple esqueleto de oro. “Le hicimos un esqueleto, porque necesitábamos un elemento sólido que permitiese que las aletas pectorales regresasen a sus posiciones originales” una vez que acabasen de ondular, aclara Parker. ¿Por qué oro? El equipo consideró que el material tenía la dureza y flexibilidad adecuada para doblarse ligeramente y regresar a su forma original, “y es muy fácil usarlo para trabajar”, agrega.

La tercera capa es otro cuerpo de silicona hiperdelgado, que previene que las células cardiacas tengan contacto directo con el oro. Juega, además, un rol fundamental: junto con la primera capa en 3D, la silicona está cuidadosamente moldeada con los pequeños patrones necesarios para que la siguiente capa, las células, “crezcan en la forma y dirección exacta que queremos”, señala Parker. “Con el diseño geométrico correcto, podemos guiar a estas células para formar el tejido que queramos”.

Aquí es donde viene la ingeniería genética. Los músculos de la mantarraya robótica sólo empezarán a contraerse si son iluminados por una luz con una longitud de onda específica. Esto se logró con una técnica de ingeniería genética llamada optogenética, que permite que células, de otra forma normales, obtengan la propiedad de responder a la luz. Para guiar a su mantarraya, Parker simplemente la hace seguir una fuente de dos puntos de luz paralelos. Cuando las luces se encienden, el bot empieza a ondularse. Para que la mantarraya avance y gire, Parker sólo necesita iluminar uno de sus lados con una luz más intensa o parpadeante. Dichos estímulos generarán un movimiento de aletas más rápido o más fuerte.

Ilutración tomada y traducida de la publicación oficial del estudio.

El bot puede nadar en un líquido rico en nutrientes para mantener a las células vivas. Incluso después de 6 semanas, la mantarraya aún nadaba con, aproximadamente, el 80% de sus células vivas y sanas. 

“Pero definitivamente hay retos a superar”, advierte Feinberg. Incluso con los nutrientes adecuados, no podrías utilizar este robot en un ambiente fuera del laboratorio, porque las células se encuentran indefensas a una infección. “No tiene un sistema inmunológico, por lo que no está protegido contra bacterias u hongos”, señala Feinberg.

¿MAQUINA O FORMA DE VIDA?

Parker considera que su robot, una máquina construida con células animales vivas, fuerza una extraña pregunta filosófica: ¿está vivo? “Creo que tenemos una forma de vida biológica aquí. No lo llamaría un organismo, porque no puede reproducirse, pero ciertamente está vivo”.

Quizá el aspecto más interesante del “mantabot” (stingray bot) es que distintos científicos pueden aprender cosas radicalmente distintas de él. Como un investigador que espera desarrollar un corazón entero y funcional, Parker revela el aporte intelectual que le ha dado este proyecto: el robot ejemplifica cómo cierto tejido muscular puede bombear líquido a su alrededor. “Mientras tanto los expertos en robótica y los ingenieros pueden ver distintas formas de utilizar células biológicas como materiales de construcción, y los biólogos marinos pueden ver darle un vistazo para entender mejor por qué los tejidos musculares en las mantarrayas están ordenados y organizados en la forma en que están”, expresa.

Aquí termina la traducción. 

¿Pueden imaginarse las posibilidades e implicancias de agregarle complejidad a la idea presentada? Si resolviesen el problema del sistema inmunológico y usasen, además, tejido nervioso, ¿qué tipo de comportamientos podrían recrear? Si el organismo tuviese la capacidad de reproducirse, o al menos de reproducir sus partes biológicas, ¿podría evolucionar dentro de un rango suficientemente largo de tiempo? ¿Será posible ensamblar un organismo con células animales y vegetales al mismo tiempo? ¿Qué tipo de relaciones mantendríamos con estos organismos? Las futuras generaciones  lo tendrán que resolver.

Referencias:

Herkewitz, W. (2016). This Swimming Stingray Robot Is Powered by Real, Living Rat Cells. Recuperado el 10 de julio de 2016, de https://richarddawkins.net/2016/07/this-swimming-stingray-robot-is-powered-by-real-living-rat-cells/

Parker, K., Park, S., Park, K., Di Santo, V., Blevins, E., Lind, J., et al.(2016).Phototactic guidance of a

tissue-engineered soft-robotic ray. Science Journal, vol 353, 158-163. Recuperado el 10 de junio de 2016, de http://science.sciencemag.org/content/353/6295/158.full.pdf+html