Le 'xenobot' est le plus récent robot du monde – et il est fabriqué à partir de cellules animales vivantes

TORONTO –
Oubliez les droïdes métalliques étincelants – les robots du futur ont peut-être plus en commun avec l'amphibien moyen qu'avec R2D2.

Une équipe de scientifiques a trouvé un moyen non seulement de programmer un organisme vivant, mais de construire de toutes nouvelles formes de vie à partir de zéro en utilisant des cellules, créant ce que les chercheurs appellent des «xénobots».

De petite taille, mais vastes en potentiel, ces robots de taille millimétrique pourraient être programmés pour aider dans les procédures médicales, le nettoyage des océans et les enquêtes sur les composés dangereux, entre autres.

"Ils ne sont ni un robot traditionnel ni une espèce animale connue", a déclaré le chercheur Joshua Bongard. dans un communiqué de presse. "C'est une nouvelle classe d'artefacts: un organisme vivant et programmable."

Dans l'introduction de la recherche Publié dans «Actes de l'Académie nationale des sciences» (PNAS) lundi, les chercheurs soulignent que les blocs de construction traditionnels que nous avons utilisés pour les robots et la technologie – acier, plastique, produits chimiques, etc. – tous «se dégradent avec le temps et peuvent produire des effets secondaires nocifs sur l’écologie et la santé. »

Après avoir réalisé que les meilleurs «matériaux auto-renouvelables et biocompatibles» seraient des «systèmes vivants eux-mêmes», les chercheurs ont décidé de créer une méthode «qui conçoit des machines complètement biologiques à partir de zéro».

Les robots sont fabriqués à partir de cellules souches prélevées sur des embryons de grenouilles – en particulier, une grenouille africaine à griffes appelée «xenopus laevis», qui a inspiré le nom «xenobot». Pour concevoir les xenobots, les configurations possibles de différentes cellules ont d'abord été sur le modèle d'un superordinateur à l'Université du Vermont.

Les conceptions sont ensuite allées à l'Université Tufts, où les cellules embryonnaires ont été collectées et séparées pour se développer en cellules plus spécialisées. Puis, comme les sculpteurs (si les sculpteurs utilisaient des pinces et des électrodes de microchirurgie), les biologistes façonnaient manuellement les cellules en amas qui correspondaient aux conceptions de l'ordinateur.

Différentes structures ont été esquissées par l'ordinateur conformément à l'objectif des scientifiques pour chaque xénobot.

Par exemple, un xenobot a été conçu pour pouvoir se déplacer exprès dans une direction spécifique. Pour ce faire, les chercheurs ont placé des cellules cardiaques au fond du xénobot. Ces cellules se contractent et se dilatent naturellement, ce qui signifie qu'elles pourraient servir de moteur ou de jambes des xénobots et aider à déplacer le reste de l'organisme, qui a été construit à partir de cellules cutanées plus statiques.

Afin de tester si les robots vivants bougeaient vraiment de la façon dont ils ont été conçus, et pas seulement au hasard, les chercheurs ont effectué un test qui a déconcerté de nombreuses créatures vivantes.

Ils ont renversé le robot sur son dos. Et tout comme une tortue chavirée, elle ne pouvait plus bouger.

Lorsque les chercheurs ont créé d'autres conceptions pour les robots, ils ont découvert qu'ils pouvaient les concevoir pour pousser des objets microscopiques et même transporter des objets à travers une poche.

«C'est une étape vers l'utilisation d'organismes conçus par ordinateur pour l'administration intelligente de médicaments», explique Bongard.

Les chercheurs pensent que les utilisations possibles de ces minuscules robots sont nombreuses.

"Dans les milieux biomédicaux, on pourrait imaginer que de tels biobots (fabriqués à partir des propres cellules du patient) retirent la plaque des parois des artères, identifient le cancer ou s'installent pour différencier ou contrôler les événements dans les lieux de la maladie", suggère le document de recherche.

Un robot en métal ou en acier doit généralement être réparé par des mains humaines s'il subit des dommages. Un avantage majeur que les chercheurs ont constaté en créant ces robots à partir de cellules vivantes était la façon dont ils réagissaient aux dommages physiques.

Une vidéo prise par les chercheurs a montré que lorsque l'un de leurs organismes était coupé presque en deux par des pinces métalliques, les deux côtés de la plaie se recousaient simplement.

Ces robots vivants, ont réalisé les chercheurs, pourraient se réparer automatiquement, "quelque chose que vous ne pouvez pas faire avec des machines typiques", a déclaré Bongard.

Parce qu'elles sont des cellules vivantes, elles sont également naturellement biodégradables, a souligné Bongard. Une fois qu'ils ont atteint leur objectif, «ce ne sont que des cellules mortes de la peau», ce qui les rend encore plus optimales pour une utilisation dans la recherche médicale ou environnementale.

Bien que les scientifiques manipulent de plus en plus la génétique et la biologie, c'est la première fois qu'un organisme programmable est créé à partir de zéro, selon les chercheurs.

Cette nouvelle recherche rapproche les scientifiques de la façon dont différentes cellules travaillent ensemble pour exécuter tous les processus complexes qui se produisent chaque jour chez les animaux et les humains.

"La grande question en biologie est de comprendre les algorithmes qui déterminent la forme et la fonction", a déclaré le co-leader Michael Levin dans le communiqué de presse. Il dirige le Center for Regenerative and Developmental Biology at Tufts.

"Qu'est-ce qui détermine réellement l'anatomie vers laquelle les cellules coopèrent?", A-t-il demandé. "Vous regardez les cellules avec lesquelles nous construisons nos xénobots et, génomiquement, ce sont des grenouilles. C'est de l'ADN de grenouille à 100% – mais ce ne sont pas des grenouilles. Alors vous demandez, qu'est-ce que ces cellules sont capables de construire? Comme nous l'avons montré, ces cellules de grenouille peuvent être cajolées pour créer des formes vivantes intéressantes qui sont complètement différentes de ce que serait leur anatomie par défaut. "

Bien sûr, un organisme biologique créé et programmé par l'homme qui est capable de se guérir peut sembler un peu alarmant. Après tout, l'un des sponsors de la recherche est la Defense Advanced Research Projects Agency, qui est affiliée à l'armée américaine.

Les chercheurs ont reconnu dans le communiqué de presse que les implications de ces avancées technologiques et biologiques peuvent parfois être inquiétantes.

"Cette peur n'est pas déraisonnable", a déclaré Levin. Cependant, il estime que pour aller de l'avant avec la science, nous ne devons pas nous retenir de questions complexes. «Cette étude est une contribution directe à la compréhension de ce dont les gens ont peur, ce qui est des conséquences inattendues.

"Je pense que c'est une nécessité absolue pour la société d'aller de l'avant pour mieux gérer les systèmes dont le résultat est très complexe", a déclaré Levin. "Une première étape pour y parvenir est d'explorer: comment les systèmes vivants décident-ils de ce qu'un comportement global devrait être et comment manipulons-nous les pièces pour obtenir les comportements que nous voulons?"