Lifandi vélmenni: Vísindamenn gerðu loksins lífverur úr vélmenni

• Höfundur:
• Höfundur nafn

  Quantumrun Foresight
• Desember 8, 2022

Innsýn samantekt

Vísindamenn eru að gera tilraunir með að búa til vélmenni úr líffræðilegum vefjum í stað málms og plasts. Möguleikar þessara lifandi vélmenna eru gríðarlegir - allt frá lyfjaþróun til lækninga til nanóvélmenna. Ekki aðeins eru þessar blendingar lífverur "lifandi", heldur eru þær líka forritanlegar.

Lifandi vélmenni samhengi

Árið 2020 bjuggu vísindamenn frá háskólanum í Vermont og Tufts háskólanum í Bandaríkjunum til lifandi vélmenni með því að nota frumur úr afrískum klófroska (Xenopus laevis). Þessi lifandi vélmenni, nefnd Xenobots, sýndu ótrúlega hæfileika. Þeir gátu gróið sjálfir þegar þeir skemmast, svipað og lækningaferlið í náttúrulegum lífverum. Að auki sundruðust þeir þegar verkefni þeirra var lokið og endurspegluðu lífsferil lífrænna vera.

Þessir Xenobots mældust ekki meira en 1 millimeter. Hönnunarferli þeirra fól í sér háþróaða reiknirit sem starfar á ofurtölvu, sem nánast „þróar“ þá. Þetta reiknirit byrjaði með fjölbreyttu úrvali af þrívíddarstillingum, með því að nota 500 til 1,000 froskahúð og hjartafrumur. Hver uppsetning táknaði hugsanlega hönnun fyrir Xenobots. Ofurtölvan prófaði síðan hverja hönnun í raun og veru og metur hversu árangursríkar þær sinntu nauðsynlegum aðgerðum, svo sem að hreyfa sig til að bregðast við hrynjandi samdrætti hjartafrumna.

Farsælasta hönnunin leiddi til þróunar næstu kynslóðar frumgerða. Þessar frumgerðir gengust undir strangar prófanir til að meta skilvirkni þeirra í röð verkefna. Hjartafrumurnar virkuðu sem smækkaðar vélar, dragast saman og slaka á til að knýja vélmennin áfram. Þessi líffræðilegi gangur gerði Xenobots kleift að hreyfa sig sjálfstætt. Þessar frumur geymdu nægilega líffræðilega orku til að viðhalda vélmennunum frá viku til tíu daga.

Truflandi áhrif

Árið 2021 endurbætti teymið Xenobot frumgerð sína til að vera hraðari, sigla á skilvirkari hátt í mismunandi umhverfi og hafa lengri líftíma. Þessir nýju Xenobots geta samt unnið saman í hópum og læknað sjálfa sig ef þeir verða fyrir skemmdum. Í "top-down" nálguninni við að smíða Xenobots 1.0, voru millimetra stórir sjálfvirkir gerðir með vefjasetningu og skurðaðgerð á froskahúð og hjartafrumum. Næsta útgáfa tekur skilvirkari „botn-upp“ nálgun.

Teymi líffræðinga við Tufts háskólann byrjaði með stofnfrumur teknar úr fósturvísum afríska frosksins. Þessar frumur voru síðan látnar þróast og vaxa í kúlur, þar sem sumar frumanna aðgreindust eftir nokkra daga og mynduðu cilia. (Cilia eru pínulitlar útskot sem líta út eins og hár og hreyfast fram og til baka eða snúast á ákveðinn hátt.) 

Upprunalegu Xenobotarnir notuðu náttúrulegar hjartafrumur til að búa til hnökrahreyfingar, en nýju kúlulaga botnarnir fá hreyfingu sína frá cilia. Hjá froskum og mönnum finnast cilia venjulega á slímhúð eins og í lungum, sem hjálpa til við að fjarlægja sýkla og önnur framandi efni. Á Xenobots hefur þeim hins vegar verið endurnýtt til að veita hraða hreyfingu yfir yfirborð.

Nýju Xenobotarnir eru mun hraðari og betri í verkefnum eins og sorphirðu en 2020 módelið. Þeir geta unnið saman í kvik til að sópa í gegnum petrískál og safna stærri hrúgum af járnoxíðögnum. Þeir geta einnig þekja stóra flata fleti eða ferðast í gegnum þröng háræð. Þessar rannsóknir benda til þess að þessir líffræðilegu vélmenni séu færir um flóknari hegðun í framtíðinni. Til dæmis er einn helsti eiginleiki vélfærafræði að þeir geta munað og notað fyrri upplýsingar til að breyta því hvernig þeir hegða sér. Og eins og það gerist þá innihélt nýjasta Xenobot uppfærslan annan mikilvægan eiginleika: getu til að skrá gögn.

Þar að auki, vegna einstaka eiginleika þeirra, segja vísindamennirnir að framtíðarútgáfur vélmennanna gætu verið notaðar í verkefnum eins og að hreinsa upp örplastmengun í sjónum, melta eitruð efni, koma lyfjum inn í líkamann eða fjarlægja veggskjöld úr slagæðum.

Afleiðingar lifandi vélmenna

Víðtækari áhrif lifandi vélmenna geta verið: 

• Lifandi vélmenni er sprautað til að lækna taugasjúkdóma, eins og Alzheimers og Parkinsonsveiki, með sjálfviðgerðareiginleikum þeirra.
• Lifandi vélmenni prófa hvernig frumur bregðast við mismunandi lyfjum og skömmtum, flýta fyrir þróun lyfja og gera hana öruggari.
• Lifandi vélmenni notuð til að eyða örplasti og öðrum nanóögnum.
• Vísindamenn nota mismunandi hópa lifandi vélmenna til að stunda ítarlegri frumu- og lífverurannsóknir fyrir endurnýjunarlækningar.
• Vaxandi umræða um hvort flokka eigi lifandi vélmenni sem vélar eða lifandi verur með réttindi.
• Fyrirtæki í lyfjum og heilsugæslu breytast til að innleiða lifandi vélmennatækni fyrir markvissa lyfjagjöf, sem leiðir til nákvæmari og árangursríkari meðferðar.
• Umhverfisstofnanir nota lifandi vélmenni fyrir lífhreinsunarferli, hreinsa á áhrifaríkan hátt mengað vatn og jarðveg.
• Tilkoma siðferðilegra leiðbeininga og reglna stjórnvalda til að hafa umsjón með notkun lifandi vélmenna og tryggja ábyrga þróun og beitingu á ýmsum sviðum.

Spurningar sem þarf að íhuga

• Hverjar eru aðrar leiðir sem lifandi vélmenni geta bætt læknisfræðilegar rannsóknir?
• Hvernig heldurðu að lifandi vélmenni verði notuð í öðrum atvinnugreinum?