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Anthrobot: i primi robot biologici (Biobot) realizzati con cellule umane

La parola “robot” evoca immagini di macchine metalliche artificiali (umanoidi) simili a quelle umane, progettate e programmate per eseguire automaticamente alcuni compiti per noi. Tuttavia, i robot (o robot) possono avere qualsiasi forma o dimensione e possono essere realizzati con qualsiasi materiale (compresi materiali biologici come le cellule viventi) a seconda della progettazione e dei requisiti funzionali. Potrebbe non avere alcuna forma fisica come nel caso di Siri or Alexa. I robot sono artefatti o macchine progettati razionalmente che mostrano autonomia ed eseguono compiti specifici.  

I robot biologici (o biobot) utilizzano cellule o tessuti viventi come materiale di fabbricazione. Come tutti i robot, anche i biobot sono macchine programmabili, mostrano autonomia ed eseguono compiti specifici. Si tratta di una classe speciale di strutture sintetiche attive e mobili.   

I tessuti viventi di per sé, non sono robot. Sono parti di animali. Le cellule viventi diventano robot quando vengono liberate dai normali vincoli e programmate nella forma e funzione desiderate combinando e modellando artificialmente le cellule per mostrare un comportamento specifico.  

xenobotno sono stati i primi biobot completamente biologici creati in laboratorio nel 2020 utilizzando gli ovuli degli embrioni di una specie di rana chiamata Xenopus laevis (da qui il nome Xenobot). È stato il primo organismo artificiale vivente, autoriparante e autoreplicante. Le cellule viventi furono utilizzate come elementi costitutivi che furono liberati dai normali vincoli del resto dell’embrione per dare origine a una nuova forma di vita artificiale la cui morfologia e caratteristiche furono “progettate” artificialmente. Xenobot quindi era un organismo sintetico vivente. Lo sviluppo degli Xenobot ha dimostrato che le cellule derivate da un embrione di anfibio possono essere programmate per ottenere la forma e la funzione desiderate rilasciando i vincoli naturali. Tuttavia, non era noto se i biobot potessero essere creati da cellule non anfibie o adulte.  

Gli scienziati hanno ora segnalato con successo la costruzione di biobot utilizzando cellule adulte provenienti da tessuti umani non embrionali con capacità che vanno oltre gli Xenobot. Questo biobot è stato chiamato "Antrobot’ a causa della sua origine umana.  

Poiché gli Xenobot sono stati derivati ​​da cellule embrionali di anfibi modellando le cellule individualmente, il gruppo di ricerca ha iniziato testando se la capacità di dare origine a biobot è limitata a queste cellule anfibie o se anche altre cellule adulte non anfibie e non embrionali possono generare biobot. Inoltre, se le cellule seme dovessero necessariamente essere scolpite individualmente per generare biobot o se anche la persuasione delle cellule seme iniziali potesse portare all’autocostruzione dei biobot? Per questo, invece dei tessuti embrionali, i ricercatori hanno utilizzato cellule somatiche adulte derivate dall'epitelio polmonare umano e sono stati in grado di generare nuove strutture viventi multicellulari, autocostruttive e mobili senza scolpitura manuale o utilizzando macchinari esterni per la creazione di forme. Il metodo utilizzato è scalabile. Sono stati prodotti sciami di biobot in parallelo che si muovevano tramite la propulsione guidata dalle ciglia e vivevano per 45-60 giorni. È interessante notare che è stato anche osservato che gli Anthrobot si muovevano attraverso le rotture nei monostrati neuronali e inducevano un’efficace guarigione dei difetti in vitro.  

La sintesi degli Anthrobot è significativo perché dimostra che la plasticità delle cellule per dare origine ai biobot non si limita alle cellule embrionali o anfibie. Ha dimostrato che le cellule selvatiche umane somatiche adulte senza alcuna modifica genetica possono formare nuovi biobot senza alcun macchinario esterno che dia forma.  

Gli Anthrobot rappresentano un miglioramento rispetto agli Xenobot e un avanzamento nella relativa tecnologia che ha implicazioni significative per la produzione di tessuti complessi per usi clinici in medicina rigenerativa. In futuro, potrebbe diventare possibile produrre Anthrobot personalizzati per ciascun paziente e dispiegarli nel corpo senza indurre alcuna risposta immunitaria.  

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Riferimenti:   

  1. Blackiston D. et al 2023. Robot biologici: prospettive su un campo interdisciplinare emergente. Robotica morbida. Agosto 2023. 674-686. DOI: https://doi.org/10.1089/soro.2022.0142 
  2. Gumuskaya, G. et al. 2023.  I biobot viventi mobili si autocostruiscono da cellule seme progenitrici somatiche umane adulte. Advanced Science 2303575. pubblicato: 30 novembre 2023 DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202303575  
  3. Tufts University 2023. Notizie – Gli scienziati costruiscono minuscoli robot biologici da cellule umane. https://now.tufts.edu/2023/11/30/scientists-build-tiny-biological-robots-human-cells  
  4. Ebrahimkhani Mo.R. e Levin M., 2021. Macchine viventi sintetiche: una nuova finestra sulla vita. Prospettiva dell'iScienza. Volume 24, numero 5, 102505, 21 maggio 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.102505  

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Umesh Prasad
Umesh Prasad
Giornalista scientifico | Editore fondatore della rivista scientifica europea

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