Actualmente, los investigadores están desarrollando pequeños biorobots hechos de células vivas para realizar una variedad de tareas en el cuerpo humano, desde la administración de medicamentos hasta la identificación de células cancerosas. En el último desarrollo, investigadores de la Universidad de Tufts y del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard han creado con éxito un nuevo tipo de robot biológico utilizando células traqueales humanas.
Los investigadores han utilizado células de las vías respiratorias humanas para crear pequeños robots biológicos que pueden moverse por sí solos y trabajar juntos para promover la curación de neuronas dañadas sin modificar genes. Este pequeño robot tiene el potencial de transformar la medicina regenerativa y el tratamiento de enfermedades.
Anteriormente, la Universidad de Tufts colaboró con la Universidad de Vermont para utilizar células embrionarias de rana para crear un robot biológico multicelular llamado "Xenobot" que puede navegar, registrar información y repararse a sí mismo. En ese momento, los investigadores no estaban seguros de si estas habilidades se debían a que el Xenobot estaba hecho de células de rana, o si el biobot podía estar hecho de células de otras especies.
En el estudio actual, los investigadores querían ver si las células podían extraerse de su entorno natural y volverse a ensamblar en diferentes "planes corporales" para realizar otras funciones. Descubrieron que utilizando células humanas adultas podían crear robots que serían más capaces sin necesidad de modificaciones genéticas.
"Queríamos explorar qué pueden hacer las células además de crear funciones predeterminadas en el cuerpo", dijo Gizem Gumuskaya, primer autor y autor correspondiente del estudio. "Al reprogramar las interacciones entre células, se pueden crear nuevas estructuras multicelulares, del mismo modo que las piedras y los ladrillos se pueden organizar en diferentes elementos estructurales, como paredes, arcos o columnas".
Primero extrajeron células traqueales de la superficie de la tráquea humana y luego desarrollaron un nuevo protocolo que explota las capacidades existentes de las células progenitoras epiteliales bronquiales para formar esferoides multicelulares con cilios, pequeñas estructuras parecidas a pelos que pueden vibrar y moverse. Modificaron este proceso para producir esferas envueltas en cilios; es decir, las estructuras ciliadas están en el exterior de las esferas y no en el interior.
En cuestión de días, las nuevas células, que los investigadores llaman "antrobots", comenzaron a moverse, impulsadas por los cilios. Los robots varían en tamaño de 30 micrones a 500 micrones cuando están completamente desarrollados, y algunos son esféricos y están completamente cubiertos de cilios, mientras que otros son irregulares o tienen forma de pelota de fútbol y están cubiertos de manera desigual. La distribución de los cilios determina cómo se mueve el robot, ya sea en bucles u oscilando en trayectorias rectas o curvas. Los antropobots suelen sobrevivir en condiciones de laboratorio durante 45 a 60 días antes de degradarse naturalmente.
"Los antropobots pueden ensamblarse solos en una placa de laboratorio", afirmó Gumuskaya. "A diferencia de los Xenobots, no requieren pinzas ni bisturíes para darles forma, y podemos usar células adultas, o incluso células de pacientes mayores, en lugar de células embrionarias. Es completamente escalable: podemos producir enjambres de estos robots en paralelo, lo que es un gran comienzo para desarrollar herramientas terapéuticas".
Los investigadores cultivaron una capa de neuronas humanas bidimensionales en una placa de laboratorio y luego rasparon las células con una fina varilla de metal, creando una "herida" sin células. Colocaron un enjambre de Anthrobots en una placa de Petri y observaron cómo se movían por la superficie de las neuronas. Los robots promovieron el crecimiento de nuevas células, llenando los huecos creados por las heridas y formando puentes neuronales tan gruesos como las células sanas. En las heridas sin Anthrobots, las neuronas no crecían.
Michael Levin, otro autor correspondiente, dijo: "Los conjuntos de células que creamos en el laboratorio pueden tener funciones más allá de sus capacidades en el cuerpo. Es fascinante y completamente inesperado que las células normales de las vías respiratorias de los pacientes puedan moverse por sí solas y promover el crecimiento de neuronas en el área dañada sin cambiar su ADN. Ahora estamos estudiando cómo funciona este mecanismo de curación y explorando qué más pueden hacer estas construcciones".
Una de las ventajas de utilizar células humanas es la capacidad de utilizar las propias células del paciente para construir robots que puedan completar tratamientos sin desencadenar una respuesta inmune ni necesidad de tomar inmunosupresores.
Un mayor desarrollo de estos robots podría conducir a otras aplicaciones, como eliminar la acumulación de placa en las arterias, reparar la médula espinal o los nervios de la retina dañados, identificar bacterias o células cancerosas o administrar medicamentos a los tejidos diana. En teoría, los Anthrobots podrían ayudar a curar los tejidos y al mismo tiempo administrar medicamentos que promuevan la regeneración.
La investigación fue publicada en la revista Advanced Science.