Vad är Xenobots? Vår definition
De är mindre än en millimeter och består i princip bara av en massa celler: Xenoboter. Forskare vid University of Vermont och Tufts University lyckades tillverka små robotar av organiskt material i början av 2020-talet med hjälp av stamceller från den slätklövade grodan (latin: Xenopus laevis). De kan konstrueras för olika ändamål genom en kombination av aktiva och passiva celler och en datorberäknad form. Nu har forskargruppen kring Sam Kriegman och Douglas Blackiston gjort en ny banbrytande upptäckt: Xenobotar kan också reproducera sig själva.
Skapandet av en konstgjord organism
Xenobotar består av en kombination av hud- och hjärtmuskelceller. Medan hudcellerna skapar kroppens form är det hjärtmuskulaturen som ansvarar för rörelsen: Med sin egenskap av kontinuerlig sammandragning kan xenobotarna sättas i rörelse och röra sig självständigt. Hur de organiska robotarna fungerar, hur de praktiskt taget programmeras, bestäms av deras form och fördelningen av de två typerna av celler: beroende på användningsområdet använder en dator artificiell intelligens för att beräkna den önskade formen och de celler som placeras i den. För att skapa en Xenobot kombineras cellerna först i inkubatorn och håller av naturliga skäl ihop under några dagar. Formen tillverkas sedan för hand med hjälp av små pincetter och elektroder.
Förutom hjärtmuskelns kontraktila celler kan xenobotar också utrustas med cilier: Det är fina, hårliknande utsprång på cellhöljet. Å ena sidan används de för att förflytta sig – så en xenobot kan också simma – å andra sidan kan de användas för att uppfatta signaler från omgivningen. Man har redan lyckats få organismerna att ändra färg när de utsätts för blått ljus.
För övrigt hämtar xenobotarna den energi de behöver för sina rörelser från fett och proteiner i sina egna celler. När den är förbrukad slutar de sin aktivitet och dör. Dessa döda celler är sedan biologiskt nedbrytbara och kan absorberas av den mänskliga organismen för medicinsk användning. Deras energi räcker för närvarande i ungefär en vecka, och de ciliekontrollerade xenobotarna är aktiva längre än de muskelkontrollerade versionerna.
Självläkning och replikering
Ett kännetecken för xenobotar är deras förmåga att läka sig själva: om man skär i deras form håller gränssnitten ihop av sig själva. De senaste forskningsresultaten visar nu också att de kan reproducera sig själva. I ett experiment placerades grodans embryonala stamceller i en saltlösning, varpå de till en början bildade små sfäriska kluster. Efter tre dagar bildades cilier som nu kunde röra sig i lösningen. Lösa stamceller lades nu till de xenobotar som skapats på detta sätt, som sedan sveptes in i små cellkluster av dem. Dessa cellkluster gav upphov till nya, flytande robotar som också kunde föröka sig.
Denna typ av reproduktion observerades av forskarna av en slump och skapades inte avsiktligt. Men sedan använde de datorn för att undersöka vilka förhållanden som bäst stöder denna process. Två områden undersöktes: å ena sidan yttre faktorer som temperatur och sammansättning av saltlösningen och å andra sidan xenobotens specifika form. Datorn undersökte totalt 6 000 möjliga former och kom fram till att den form som lämpar sig bäst för reproduktion liknar en torus med öppen mun, som liknar en Pac-Man. Under bästa möjliga förhållanden lyckades de upprätthålla reproduktionen i fem generationer.
Potential för framtiden
För närvarande kan de små organiska robotarna inte göra särskilt mycket och erbjuder inga praktiska fördelar, men de ger en uppfattning om vad som kan vara möjligt i framtiden. De skulle kunna användas på många områden, särskilt inom medicinen: Till exempel kan läkemedel transporteras till sin destination eller åderförkalkning skrapas bort från blodkärlens väggar. Det skulle också vara tänkbart att hitta cancerceller, radioaktiv kontaminering eller andra patogener. För att organismerna inte ska stötas bort av det mänskliga immunförsvaret måste de dock konstrueras av mänskliga stamceller. Men det kan också finnas tillämpningar utanför medicinen: Universitetet i Vermont ser till exempel ett sätt att fiska upp mikroplaster ur haven.