Gli scienziati hanno affermato di aver assistito a un tipo di replicazione senza precedenti negli organoidi creati in laboratorio utilizzando cellule di rana. Tra le altre cose, i risultati potrebbero avere implicazioni per la medicina rigenerativa.

La scoperta riguarda uno xenobot – un semplice organismo “programmabile” creato assemblando cellule staminali in una capsula di Petri – ed è stata descritta da un team di ricercatori della Tufts University, dell’Università di Harvard e dell’Università del Vermont. In un articolo pubblicato questa settimana Nel Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.

“Puoi pensare a questo come usare celle diverse [as] Gli elementi costitutivi sono come se li stessi costruendo con LEGO o Minecraft, ha detto a NPR Douglas Blackstone, un coautore dello studio.

I ricercatori sperano che un giorno questi robot, descritti dallo stesso team di A carta Pubblicato quasi 2 anni fa – Può essere programmato per svolgere funzioni utili come trovare cellule cancerose nel corpo umano o intrappolare particelle di plastica dannose nell’oceano.

gli xenobot sono costituiti da cellule prelevate dalla rana artigliata africana, o Xenopus laevis. Le cellule non vengono mai modificate geneticamente, ma semplicemente combinate in diverse disposizioni per produrre xenobot, afferma Blackstone, capo scienziato presso l’Allen Discovery Center della Tufts University e il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell’Università di Harvard.

gli xenobot si spingono usando minuscole strutture simili a capelli conosciute come ciglia. Hanno la tendenza a girare a spirale, dice Blackstone, che “si rivela molto buono per mettere insieme pile di cose”, come le altre cellule.

Quindi il team ha utilizzato simulazioni al computer basate sull’intelligenza artificiale per vedere come potevano manipolare gli xenobot in forme che sarebbero state più adatte a impilare le cose.

Il design migliorato ha portato a una scoperta inaspettata

A tal fine, la forma sferica iniziale degli xenobot “non è il miglior design”, spiega Blackstone. Invece, il computer ha suggerito una forma a C simile a uno spazzaneve o, come alcuni hanno notato, un Pac-Man. Dice che questa forma è molto efficace nel contenere e raccogliere cellule staminali sfusee che si formano poi naturalmente in grossi cumuli.

Ma quando gli xenobot Introducendo le cellule staminali della rana nel piatto, i ricercatori hanno notato qualcosa di straordinario: i cumuli di cellule hanno formato copie dei robot originali.

Le varie forme di riproduzione sessuata e asessuata sono, ovviamente, ben note in biologia.

Ma ciò che hanno fatto gli xenobot – chiamato auto-riproduzione cinetica – è nuovo negli organismi, afferma Michael Levine, professore di biologia alla Tufts University e membro di facoltà associato presso il Wyss Institute. Si verifica a livello molecolare, ma “non siamo a conoscenza di alcun organismo che si riproduce o si riproduce in questo modo”, ha detto.

I ricercatori affermano che la produzione di una copia in condizioni ottimali richiede circa cinque giorni. La “progenie” non assume il corpo a forma di C della generazione dei genitori, ma ritorna alla forma originale, meno efficiente.

Gli xenobot sono gruppi di cellule viventi e non hanno cervello o sistema digestivo. Ma in un certo senso possono essere programmati, per bloccare altre cellule, come in questo studio, o eventualmente per fare altre cose. Ecco perché i ricercatori pensano che siano piccoli robot organici.

“La distinzione tra robot ed essere non è così severa come pensavamo”, dice Levine a NPR. “Queste creature hanno le caratteristiche di entrambe.”

In effetti, l’idea dell’autoripetizione cinetica non è del tutto nuova: è stata proposta per la prima volta alla fine degli anni ’40 dal matematico John von Neumann. Ha immaginato macchine in grado di selezionare parti di robot di base per farne copie, spiega Sam Kriegman, un borsista post-dottorato presso il Wyss Institute e autore principale dell’articolo.

“Molte persone hanno provato a realizzare macchine von Neumann con parti di robot per molto tempo e il successo è stato limitato”, afferma Kriegmann.

“Abbiamo scoperto che se si allenta l’ipotesi che un robot dovrebbe essere fatto di metallo, circuiti ed elettronica, e invece si utilizzano celle vive, le macchine von Neumann sono in realtà piuttosto facili da realizzare”, ha detto a NPR.

Alcuni scienziati hanno preoccupazioni etiche

Ma questo preoccupa alcuni scienziati. Nita Farahani, professore di diritto e filosofia alla Duke University, studia l’etica coinvolta nelle nuove tecnologie e non faceva parte della ricerca sugli xenobot. “Ogni volta che cerchiamo di sfruttare la vita… [we should] Ho capito che poteva andare avanti davvero male”. Rivista Smithsonian.

Tuttavia, i ricercatori notano che, come la macchina virtuale di von Neumann, lo xenobot non può copiare se stesso senza le materie prime. Di conseguenza, non c’è quasi nessuna possibilità di fuggire dal laboratorio e iniziare a riprodursi da soli. Tutto ciò che i ricercatori devono fare è rimuovere lo stock di cellule staminali sciolte e non resta più nulla per creare nuovi xenobot.

Poiché non c’è materiale genetico proveniente dalla madre xenobot, dice Blackstone, non possono nemmeno mutare o evolversi da soli.

“Sarebbe come trovare parti sciolte di un essere umano che galleggiano e si uniscono per creare una copia”, dice. “Quindi, è difficile sapere come farlo [evolutionary] La selezione agirà su questa base, perché nulla viene trasmesso tra ogni generazione – ogni generazione è indipendente”.

Quello che i ricercatori sperano è che un giorno questi robot e la loro capacità di autoreplicarsi possano essere sfruttati a beneficio dell’umanità.

“Questo è davvero un primo passo, ma puoi pensare al futuro”, afferma Blackstone. “Se possiamo programmarli meglio, forse possono catturare e trasferire selettivamente determinati tipi di cellule o aiutarci a modellare qualcosa che costruiamo in un piatto per la medicina rigenerativa”.

Per Kriegman, la cosa interessante è che “questo tipo di trascrizione avviene automaticamente”. Certo, ci vogliono condizioni molto specifiche, dice, “ma non c’era bisogno di sviluppo per miliardi di anni”,

“Pensiamo a quanto tempo ha impiegato la vita per evolversi sulla Terra”, dice Kriegman. “È una storia molto lunga, ma qui in un piatto e nelle giuste condizioni, abbiamo trovato una forma di riproduzione completamente nuova negli esseri viventi”.

Dice che la scoperta di una nuova forma di auto-riproduzione mostra che “forse la vita è più prevedibile che inaspettata”.