Het woord 'robot' roept beelden op van mensachtige , door de mens gemaakte, metalen machines (humanoïden) die ontworpen en geprogrammeerd zijn om automatisch bepaalde taken voor ons uit te voeren. Robots (of bots) kunnen echter elke vorm en grootte hebben en van elk materiaal gemaakt zijn (inclusief biologisch materiaal zoals levende cellen), afhankelijk van het ontwerp en de functionele eisen. Ze hoeven geen fysieke vorm te hebben, zoals Siri of Alexa . Robots zijn rationeel ontworpen artefacten of machines die autonomie vertonen en specifieke taken uitvoeren.
Biologische robots (of biobots) gebruiken levende cellen of weefsels als fabricagemateriaal. Net als alle robots zijn biobots programmeerbare machines, vertonen ze autonomie en voeren ze specifieke taken uit. Ze vormen een speciale categorie van actieve, levende en beweeglijke synthetische structuren.
Levende weefsels op zich zijn geen robots. Het zijn onderdelen van dieren. Levende cellen worden robots wanneer ze worden bevrijd van hun normale beperkingen en geprogrammeerd in een gewenste vorm en functie door ze kunstmatig te combineren en te vormen om specifiek gedrag te vertonen.
Xenobots waren de eerste volledig biologische biobots die in 2020 in een laboratorium werden gecreëerd met behulp van eicellen uit embryo's van de kikkersoort Xenopus laevis (vandaar de naam Xenobots). Het was het eerste levende, zelfherstellende en zelfreplicerende kunstmatige organisme. De levende cellen werden gebruikt als bouwstenen die werden bevrijd van de normale beperkingen van de rest van het embryo om een nieuwe vorm van kunstmatig leven te creëren waarvan de morfologie en kenmerken kunstmatig 'ontworpen' waren. Xenobot was dus een levend synthetisch organisme. De ontwikkeling van Xenobots toonde aan dat cellen afkomstig van een amfibie-embryo geprogrammeerd kunnen worden tot de gewenste vorm en functie door natuurlijke beperkingen op te heffen. Het was echter nog niet bekend of biobots ook gemaakt konden worden van niet-amfibiecellen of volwassen cellen.
Wetenschappers hebben nu melding gemaakt van de succesvolle constructie van biobots met behulp van volwassen cellen uit niet-embryonaal menselijk weefsel, die verder gaan dan de mogelijkheden van Xenobots. Deze biobot heeft de naam ' Anthrobots ' gekregen vanwege zijn menselijke oorsprong.
Omdat Xenobots zijn afgeleid van amfibische embryonale cellen door individuele celvorming, begon het onderzoeksteam met de vraag of het vermogen om biobots te produceren beperkt is tot deze amfibische cellen, of dat ook andere niet-amfibische, niet-embryonale volwassen cellen biobots kunnen genereren. Verder werd onderzocht of de zaadcellen per se individueel gevormd moeten worden om biobots te produceren, of dat het stimuleren van de initiële zaadcellen ook kan leiden tot zelfvorming van biobots. Hiervoor gebruikten de onderzoekers in plaats van embryonaal weefsel volwassen, somatische cellen afkomstig van menselijk longepitheel. Ze slaagden erin nieuwe, meercellige, zelfvormende, beweeglijke levende structuren te genereren zonder handmatige vormgeving of gebruik van externe machines. De gebruikte methode is schaalbaar. Er werden parallel zwermen biobots geproduceerd die zich voortbewogen door middel van trilhaartjes en 45-60 dagen leefden. Interessant genoeg werd ook waargenomen dat Anthrobots zich over breuken in neuronale monolagen bewogen en in vitro een efficiënt herstel van defecten teweegbrachten.
De synthese van Anthrobots is belangrijk omdat het aantoont dat de plasticiteit van cellen om biobots te vormen niet beperkt is tot embryonale of amfibische cellen. Het heeft aangetoond dat volwassen somatische menselijke cellen, zonder enige genetische modificatie, nieuwe biobots kunnen vormen zonder externe vormgevende mechanismen.
Anthrobots is een verbetering ten opzichte van de Xenobots en een vooruitgang in relevante technologie met aanzienlijke gevolgen voor de productie van complexe weefsels voor klinisch gebruik in de regeneratieve geneeskunde . In de toekomst zou het mogelijk kunnen worden om Anthrobots te produceren die gepersonaliseerd zijn voor elke patiënt en deze in het lichaam te implanteren zonder een immuunreactie op te wekken.
***
Referenties:
- Blackiston D. c.s. 2023. Biologische robots: perspectieven op een opkomend interdisciplinair veld. Zachte robotica. Augustus 2023. 674-686. DOI: https://doi.org/10.1089/soro.2022.0142
- Gumuskaja, G. et al. 2023. Motile Living Biobots zelfconstrueren vanaf volwassenen menselijk Somatische voorlopercellen. Advanced Science 2303575. gepubliceerd: 30 november 2023 DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202303575
- Tufts University 2023. Nieuws – Wetenschappers bouwen kleine biologische robots menselijk Cellen. https://now.tufts.edu/2023/11/30/scientists-build-tiny-biological-robots-human-cells
- Ebrahimkhani Mo.R. en Levin M., 2021. Synthetische levende machines: een nieuw venster op het leven. iScience-perspectief. Deel 24, nummer 5, 102505, 21 mei 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.102505
***
