El Lego es un juego muy querido por pequeños y grandes porque permite hacer un montón de figuras con piezas pequeñas. Muchos ingenieros construyen máquinas uniendo también piezas de diferentes tamaños y funciones, con el fin de conseguir hacer una tarea concreta. Cuando la tarea es similar a la que hacemos nosotros, o la que hace otro organismo vivo, podemos fijarnos en cómo lo hacemos e intentar copiarlo con piezas que nosotros construimos. No siempre es fácil imitar la vida, y buscamos alternativas. Por ejemplo, para trasladarnos sobre tierra utilizamos coches con ruedas en lugar de coches con patas. Sin embargo, ¿qué pasaría si quisiéramos comprender cómo los organismos vivos hacemos actividades concretas con el fin de emularlo artificialmente, por ejemplo, para hacer robots? En el campo de la vida artificial, uno de los objetivos ha sido durante mucho tiempo construir objetos que puedan estar "vivos", hechos a partir de piezas inertes (de plástico, metal, resina...). Durante mucho tiempo, la investigación se desarrolló en ordenadores y con simulaciones. Parte de los programas que se utilizaban intentaban emular las instrucciones genéticas y posibles reglas de selección natural para permitir la evolución de las figuras y "organismos" virtuales.

Hace cierto tiempo, se intentó crear versiones físicas de algunos de estos "robots" (hechos de plástico y cables, y dirigidos desde un pequeño ordenador) que evolucionaban hasta aprender a hacer alguna tarea de forma similar a cómo lo hacen los organismos vivos, por ejemplo, aprender a moverse en tracción horizontal. Una versión más sofisticada, unos años más tarde, fue la de un robot que además, era capaz de aprender a adaptarse a nuevas circunstancias, por ejemplo, había sido generado para aprender a moverse con cuatro patas y, una vez ya sabía, se le sacaba una a fin de que aprendiera a moverse con las tres restantes. Este fue un importante avance para una máquina, ya que una de las características de los seres vivos, aparte del aprendizaje, es la adaptación a nuevas situaciones que determinan cambios físicos o ambientales. Los humanos, por ejemplo, lo hacemos continuamente, conscientemente o inconscientemente. Imaginad que tenéis un brazo en cabestrillo, sufrís artrosis en los dedos, os duele una rodilla al doblarlo... Rápidamente, nuestro cerebro reevalúa la nueva situación, recoloca el resto de nuestro cuerpo, y sustituye las acciones que habitualmente ejecutaríamos de una manera por otros. Esta resiliencia con el fin de mantener, dentro del posible, la estructura y la función, la tienen todos los seres vivos dentro de unos límites. Esta capacidad de adaptación no la presenta sólo el organismo entero, sino que también está presente en células, tejidos y órganos.

Pues bien, ¿cuál sería el sueño de un bioingeniero? Utilizar células vivas para hacer máquinas que hagan acciones como las harían los seres vivos. No se trataría de hacer un nuevo ser vivo, sino de hacer un artefacto vivo y programable, que pueda explotar todas las características propias de los seres vivos. Para decirlo de otra manera, jugar a Lego con piezas que son células vivas de verdad, y que son utilizadas en un nuevo contexto para hacer una tarea programada. Si se pudiera usar la capacidad computacional de las células para adaptarse a nuevas configuraciones, podríamos hacer nuevas "anatomías", nuevas uniones de células diferentes, nuevos órganos para realizar tareas concretas que no hacen en el organismo original del que derivan. Una de las grandes ventajas es que este tipo de artilugios o "máquinas" vivas son biodegradables y ecosostenibles, una vez acabado el trabajo, morirían como lo hacen los seres vivos. No estamos hablando de la generación de organoides (en qué las células se ordenan y hacen órganos tal como lo harían dentro de un embrión), ni de bioimpresoras 3D convencionales, en que el tejido que se imprime es una copia del que existe en un cuerpo, sino de hacer realmente de bioingenieros y generar nuevas estructuras vivas.

Utilizando células de embriones de rana africana (Xenopus), un equipo de informáticos expertos en sistemas complejos y biólogos han diseñado una serie de "máquinas biológicas" o "biobots" que pueden moverse, rodear o transportar partículas, o mostrar comportamientos colectivos. Utilizan dos tipos celulares diferentes, un tipo celular contráctil, como células embrionarias de corazón, que le dará al biobot capacidad de contracción y posible locomoción, y células más rígidas, como las embrionarias de piel, para conferir estructura y una morfología determinada. En primer lugar, y mediante un programa de ordenador, van explorando de forma virtual como se pueden mezclar un cierto número de células de los dos tipos, en diferentes formas y conformaciones, con el fin de llegar a una morfología que pueda efectuar una función, por ejemplo, moverse dentro del agua. Se hacen simulaciones en el ordenador usando el conocimiento que tenemos de las leyes biofísicas y de cómo se comportan las células vivas en un medio acuoso cuando están juntas. De los resultados obtenidos en las simulaciones, el ordenador aprende y va mejorando los diseños hasta seleccionar aquellas formas que, además de hacer la función deseada son más resilientes. En esta figura, os adjunto algunas de las formas anatómicas escogidas para ejecutar tareas de locomoción, manipulación de objetos, transporte de objetos o para presentar propiedades colectivas (por ejemplo, se ponen de acuerdo con otros biobots para recoger partículas).

Sin título

Figura extraída del artículo de Kriegman, et al. PNAS, doi:10.1073/pnas.1910837117, 2019. A la izquierda las formas generadas por el ordenador que son usadas y validadas en simulaciones. En rojo, la posición de las células contráctiles de corazón, y en azul, la posición de las células rígidas de piel. A la derecha, las formas finalmente escogidas, realizadas con células vivas y validadas funcionalmente, talmente como figuras de bio-Lego.

Entonces, estas formas seleccionadas para ejecutar una tarea se hacen en el laboratorio juntando las células embrionarias mediante herramientas de micromanipulación, con microbisturí, micropipetas, microelectrodos... ¡Et voilà, el "biobot" funciona! Las células de rana se organizan, se "hablan" entre ellas y se adaptan a esta nueva anatomía que nunca han visto fuera del embrión. Surgen propiedades emergentes típicas de los organismos vivos y realizan tareas nuevas. Células con ADN 100% de rana, que no hacen de rana. Tienen propiedades de autorreparación y adaptación, como toda célula viva, y como son embrionarias, viven de la energía acumulada dentro de sus células hasta morir al cabo de una semana de vida. ¡Miráis el vídeo de los autores, de la Universidad de Vermont y los ojos os harán chiribitas!

¡Y eso lo consiguen con sólo dos tipos celulares de rana! ¡Imaginad si se pueden combinar tipos diferentes de células, con diferentes propiedades y características, incluso, con modificaciones genéticas para ejecutar mejor ciertas funciones! Estas "máquinas vivas" podrían servir para introducir fármacos dentro del cuerpo humano, limpiar las arterias de placas de aterosclerosis, ayudar a limpiar el ambiente de la contaminación, disminuir el uso de material sintético, o para ayudar a comprender por qué los seres vivos somos como somos y hacemos lo que hacemos. Verdaderamente como un juego de Lego, con células vivas.

Gemma Marfany
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