Έκαναν την εμφάνιση τους neurobots που αποτελούν xenobots με νευρώνες τα οποία παρουσιάζουν αυτο-οργανωμένα νευρικά συστήματα και πιο σύνθετες συμπεριφορές αποκαλύπτοντας νέες γνώσεις για το πώς η βιολογία δημιουργεί λειτουργικές δομές.
Το 2020 ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Tufts δημιούργησαν μικροσκοπικές ζωντανές δομές, γνωστές ως xenobots, χρησιμοποιώντας κύτταρα βατράχου. Αυτοί οι μικροοργανισμοί μπορούσαν να κινούνται στο νερό, να αυτο-επιδιορθώνονται και ακόμη και να συλλέγουν ελεύθερα κύτταρα για να σχηματίζουν νέα xenobots.
Τώρα επιστήμονες από το Tufts και το Wyss Institute προχώρησαν ένα βήμα παραπέρα, εισάγοντας νευρικά κύτταρα σε αυτά τα βιολογικά «μηχανήματα». Οι αναβαθμισμένες εκδοχές, που ονομάζονται neurobots, μπορούν να αποκτούν διαφορετικά σχήματα και να εμφανίζουν νέα μοτίβα κίνησης. Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στην επιθεώρηση Advanced Science.
H έρευνα αποτελεί μέρος μιας ευρύτερης προσπάθειας κατανόησης του τρόπου με τον οποίο ομάδες κυττάρων οργανώνονται σε πολύπλοκες δομές υπό ασυνήθιστες συνθήκες. Αυτή η γνώση θα μπορούσε να υποστηρίξει εξελίξεις στη συνθετική βιολογία και την αναγεννητική ιατρική.
Δημιουργία ζωντανών συστημάτων
Η ομάδα ξεκίνησε με κύτταρα από πρώιμα έμβρυα του αφρικανικού βατράχου Xenopus laevis. Όταν πρόδρομα κύτταρα δέρματος απομονώνονται και τοποθετούνται σε τρυβλίο οργανώνονται φυσικά σε μικρές σφαιρικές δομές με μικροσκοπικές τριχοειδείς προεκτάσεις που ονομάζονται κροσσοί (cilia).
Η συντονισμένη κίνηση αυτών των κροσσών επιτρέπει στους xenobots να «κολυμπούν». Είναι πλήρως βιολογικοί οργανισμοί, χωρίς γενετική τροποποίηση ή τεχνητό σκελετό. Μπορούν να αυτοθεραπεύονται και να επιβιώνουν για περίπου 9–10 ημέρες χρησιμοποιώντας τα θρεπτικά αποθέματα των εμβρυϊκών κυττάρων.
Προσθήκη νευρώνων
Για τη δημιουργία των neurobots οι επιστήμονες εισήγαγαν ομάδες πρόδρομων νευρικών κυττάρων στο εσωτερικό των αναπτυσσόμενων βιοδομών. Τα κύτταρα αυτά εξελίχθηκαν σε νευρώνες και ανέπτυξαν διακλαδώσεις (άξονες και δενδρίτες) που απλώθηκαν στο εσωτερικό και προς την επιφάνεια.
«Θέλαμε να δούμε τι θα συμβεί αν δώσουμε σε αυτά τα βιολογικά συστήματα τα “υλικά” για να δημιουργήσουν ένα νευρικό σύστημα» αναφέρει ο Μάικλ Λέβιν, εκ των επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας. Οι ερευνητές λένε ότι η έρευνα στοχεύει στην κατανόηση των βασικών αρχών με τις οποίες σχηματίζονται τα νευρικά συστήματα: «Μπορούμε να “χτίσουμε” ένα νευρικό σύστημα από το μηδέν; Τι συμβαίνει όταν οι νευρώνες τοποθετούνται σε ένα εντελώς νέο περιβάλλον;»
Νευρική δραστηριότητα και αλλαγές στη συμπεριφορά
Μικροσκοπικές παρατηρήσεις έδειξαν ότι οι νευρώνες ανέπτυξαν βασικά χαρακτηριστικά φυσικών νευρικών συστημάτων, όπως συνάψεις, άξονες και δενδρίτες. Με τεχνικές απεικόνισης ασβεστίου επιβεβαιώθηκε ότι ήταν ηλεκτρικά ενεργοί και σχημάτιζαν απλά νευρωνικά δίκτυα.
Η προσθήκη νευρώνων προκάλεσε σημαντικές αλλαγές:
* Τα neurobots ήταν μεγαλύτερα και πιο επιμήκη
* Κινούνταν πιο ενεργά
* Εμφάνιζαν επαναλαμβανόμενα μοτίβα κίνησης αντί για απλές τροχιές
Για να εξετάσουν τη λειτουργία των νευρωνικών δικτύων οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια ουσία που επηρεάζει τη νευρική δραστηριότητα. Η αντίδραση των neurobots ήταν διαφορετική από εκείνη των απλών xenobots, γεγονός που δείχνει ότι τα νευρικά δίκτυα επηρεάζουν άμεσα τη συμπεριφορά.
Η γονιδιακή δραστηριότητα και οι μελλοντικές δυνατότητες
Οι ερευνητές παρατήρησαν επίσης απροσδόκητη ενεργοποίηση γονιδίων. Εκτός από γονίδια που σχετίζονται με τον εγκέφαλο, εντοπίστηκαν και γονίδια που συνδέονται με την όραση και την αντίληψη φωτός.
Αυτό ανοίγει το ενδεχόμενο οι neurobots να αποκτήσουν στο μέλλον ικανότητα αντίδρασης στο φως. «Αν προσπαθούμε να δημιουργήσουμε κάτι νέο με τη βιολογία, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε πώς τα ίδια τα κύτταρα λύνουν προβλήματα. Ίσως αυτοί οι οργανισμοί ενεργοποιούν τμήματα του γονιδιώματος που θα μπορούσαν να είναι χρήσιμα για νέες λειτουργίες στο μέλλον. Αν ζούσαν περισσότερο, θα μπορούσαν άραγε να αναπτύξουν φωτοϋποδοχείς; Είναι ένα συναρπαστικό ερώτημα που διερευνούμε» λένε οι ερευνητές.
Naftemporiki.gr
