Investigadores del Wyss Institute de la Universidad de Harvard y de la Universidad Tufts han dise\u00f1ado peque\u00f1os constructos vivientes a partir de c\u00e9lulas de embriones de rana que desarrollan espont\u00e1neamente sistemas nerviosos funcionales, un resultado pionero que difumina la l\u00ednea entre robot biol\u00f3gico y nuevo organismo. Los constructos, llamados \u201cneurobots\u201d, no solo desarrollan neuronas maduras, sino que tambi\u00e9n exhiben cambios claros en la forma del cuerpo y en el movimiento en comparaci\u00f3n con sus contrapartes sin tejido neural. Publicados en Advanced Science, los hallazgos plantean preguntas agudas sobre qu\u00e9 ocurre cuando m\u00e1quinas celulares dise\u00f1adas comienzan a cablear sus propios cerebros.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n
Los biobots est\u00e1ndar se generan a partir de tejido cut\u00e1neo indiferenciado extra\u00eddo de embriones de la especie de rana Xenopus. Estos peque\u00f1os agregados celulares pueden desplazarse y, en algunas configuraciones, incluso ayudar a curar heridas en cultivos neuronales<\/a>, como se demostr\u00f3 en trabajos previos de los laboratorios de Michael Levin, Ph.D. Pero carecen de algo que se parezca a un sistema nervioso. Los neurobots representan un paso deliberado m\u00e1s all\u00e1 de esa l\u00ednea de base: los investigadores implantaron c\u00e9lulas precursoras neuronales en los constructos en desarrollo y luego observaron lo que ocurr\u00eda.<\/p>\n Lo que ocurri\u00f3 fue llamativo. Las c\u00e9lulas implantadas se autoorganizaron en neuronas maduras con procesos visibles, construyendo efectivamente un sistema nervioso primitivo sin ning\u00fan andamiaje externo ni instrucciones de cableado. El equipo confirm\u00f3 la actividad neural mediante im\u00e1genes de calcio, una t\u00e9cnica que ilumina las c\u00e9lulas cuando disparan, y realiz\u00f3 caracterizaci\u00f3n transcripcional para catalogar los genes que estas nuevas neuronas estaban expresando. El manuscrito en bioRxiv<\/a> que detalla estos resultados describe un constructo viviente que ensambla su propia arquitectura neural a partir de ingredientes celulares crudos, un proceso que refleja, en miniatura, c\u00f3mo se desarrolla normalmente un sistema nervioso en ranas.<\/p>\n Puesto que las neuronas surgieron de c\u00e9lulas precursoras en lugar de ser esculpidas con herramientas de micromanufactura, los constructos desaf\u00edan las categor\u00edas habituales. No son animales de laboratorio convencionales, pero tampoco son meros biomateriales pasivos. Sus sistemas nerviosos son productos emergentes de programas de desarrollo que se ejecutan en un contexto nuevo, en el que tejido cut\u00e1neo y neural se recombinan en configuraciones que no existen en la naturaleza.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n La presencia de neuronas no solo a\u00f1adi\u00f3 actividad el\u00e9ctrica. Remodel\u00f3 f\u00edsicamente y conductualmente a los neurobots. Los neurobots ten\u00edan una forma m\u00e1s alargada que sus contrapartes no neuronales y tend\u00edan a moverse con mayor actividad, a veces desplaz\u00e1ndose en paralelo unos a otros mientras exhib\u00edan motivos repetidos de movimiento. La diferencia en los patrones de movimiento fue estad\u00edsticamente significativa, respaldada por una prueba de Kruskal\u2013Wallis con un valor p de 0.037, seg\u00fan el informe en Advanced Science<\/a>. Los neurobots tambi\u00e9n eran m\u00e1s propensos a estar activos con movimiento distinto de cero, lo que significa que pasaban menos tiempo inm\u00f3viles que los biobots est\u00e1ndar.<\/p>\n Para comprobar si la red neuronal realmente estaba impulsando estos cambios conductuales, en lugar de simplemente coincidir con ellos, los investigadores expusieron los constructos a pentylenetetrazol, un f\u00e1rmaco conocido por potenciar la se\u00f1alizaci\u00f3n neural. El f\u00e1rmaco alter\u00f3 los patrones de movimiento de los neurobots<\/a> de forma distinta a como lo hizo en los biobots sin tejido neural, lo que sugiere que el sistema nervioso reci\u00e9n formado puede influir en el modo en que se mueve esta criatura novedosa. Ese resultado es la evidencia m\u00e1s clara hasta ahora de que las neuronas autoorganizadas no son pasajeras pasivas, sino controladores activos del comportamiento del constructo.<\/p>\n Aun en esta etapa temprana, el repertorio de acciones es modesto: arrastre, reorientaci\u00f3n, pausas y reanudaci\u00f3n del movimiento. Sin embargo, el hecho de que estos patrones cambien de forma sistem\u00e1tica cuando la actividad neural se modula farmacol\u00f3gicamente indica que los constructos poseen un sistema de control interno capaz de integrar se\u00f1ales y moldear el movimiento a lo largo del tiempo.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n La mayor parte de la cobertura sobre robots bioh\u00edbridos se centra en el control ingenieril: c\u00f3mo cablear tejido vivo a electrodos, c\u00f3mo estimular m\u00fasculos a demanda, c\u00f3mo cerrar un lazo de retroalimentaci\u00f3n entre sensor y actuador. Una revisi\u00f3n reciente en npj Robotics catalog\u00f3 los desaf\u00edos persistentes de integrar tejidos vivos<\/a> con electr\u00f3nica blanda, incluida la fidelidad de registro, la precisi\u00f3n de estimulaci\u00f3n y la fiabilidad a largo plazo. Trabajo aparte publicado en Advanced Science demostr\u00f3 un bioh\u00edbrido basado en chip que integra un organoide cerebral, esferoides de motoneuronas y un haz muscular, usando transmisi\u00f3n de se\u00f1ales electrofisiol\u00f3gicas y lecturas de respuesta farmacol\u00f3gica como aumentos de desplazamiento muscular impulsados por levodopa para evaluar enfermedades neurodegenerativas<\/a>.<\/p>\n Los experimentos con neurobots adoptan un enfoque fundamentalmente diferente. En lugar de dise\u00f1ar un circuito de control desde el exterior, los investigadores dejaron que la biolog\u00eda hiciera el cableado. El resultado es un sistema cuyo comportamiento emerge de la din\u00e1mica neural interna en lugar de patrones de estimulaci\u00f3n preprogramados. Esa distinci\u00f3n importa porque los lazos de retroalimentaci\u00f3n dise\u00f1ados son fr\u00e1giles: funcionan dentro de par\u00e1metros previstos, pero fallan cuando las condiciones cambian. Una red neural autoorganizada, por el contrario, puede adaptarse a nuevos entornos o perturbaciones sin redise\u00f1o expl\u00edcito.<\/p>\n La investigaci\u00f3n en cultivos neuronales disociados ya ha mostrado que neuronas aisladas pueden formar redes que exhiben autoorganizaci\u00f3n y comportamiento predictivo<\/a>, incluida plasticidad y din\u00e1micas de red que cambian en respuesta a nuevas entradas. Los neurobots sugieren que principios similares pueden operar dentro de un cuerpo viviente y en movimiento, en lugar de solo en una placa de laboratorio. En ese sentido, son un banco de pruebas para estudiar c\u00f3mo emergen y funcionan los sistemas nerviosos cuando se liberan de las limitaciones anat\u00f3micas de un embri\u00f3n t\u00edpico.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n Aqu\u00ed tambi\u00e9n radica la tensi\u00f3n. La ingenier\u00eda valora la predictibilidad. Un robot que hace lo que le ordenas, cuando se lo ordenas, es \u00fatil. Un robot que se recablea a s\u00ed mismo y cambia su propio comportamiento es algo completamente distinto. Los experimentos con f\u00e1rmacos en neurobots insin\u00faan esta tensi\u00f3n: el pentylenetetrazol produjo efectos diferentes en constructos neuronales y no neuronales, pero la relaci\u00f3n precisa entre los patrones de disparo neural y los resultados del movimiento es, seg\u00fan los propios investigadores, todav\u00eda oscura. Los constructos son lo suficientemente peque\u00f1os como para ser seguidos en detalle, pero sus din\u00e1micas internas ya desaf\u00edan diagramas simples de entrada\u2013salida.<\/p>\n Para la rob\u00f3tica, esa impredecibilidad puede ser una desventaja. Para la biolog\u00eda del desarrollo y la neurociencia, es la atracci\u00f3n principal. Los neurobots ofrecen una plataforma controlable para sondear c\u00f3mo las c\u00e9lulas deciden en qu\u00e9 convertirse, c\u00f3mo los circuitos neuronales se ensamblan por s\u00ed mismos y c\u00f3mo esos circuitos se acoplan a los m\u00fasculos para generar movimiento coordinado. Dado que los materiales de partida y las condiciones de contorno se definen en el laboratorio, complementan a los organismos modelo tradicionales a la vez que evitan parte de la complejidad de embriones completos.<\/p>\n El trabajo tambi\u00e9n se intersecta con el ecosistema m\u00e1s amplio de ciencia abierta. Revistas y plataformas como las colaboraciones de Frontiers<\/a>, hubs comunitarios como el foro de Frontiers<\/a> y oficinas de prensa institucionales incluyendo el centro de medios de Frontiers<\/a> han resaltado cada vez m\u00e1s esfuerzos interdisciplinarios que fusionan rob\u00f3tica, biolog\u00eda del desarrollo y neurociencia. A medida que los neurobots pasen de preprints a revisi\u00f3n por pares, es probable que se conviertan en un punto focal en esas conversaciones.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n La aparici\u00f3n de sistemas nerviosos auto-conectados dentro de constructos dise\u00f1ados plantea cuestiones \u00e9ticas que las pautas actuales solo abordan parcialmente. Las regulaciones sobre investigaci\u00f3n con animales tienden a centrarse en la especie, la etapa de desarrollo y la capacidad esperada de sufrir. Los neurobots no encajan bien en esas categor\u00edas. Se derivan de c\u00e9lulas de rana, pero no son ranas; tienen neuronas, pero no \u00f3rganos sensoriales o cerebros reconocibles.<\/p>\n Una preocupaci\u00f3n es si, a medida que esos sistemas se vuelvan m\u00e1s complejos, podr\u00edan cruzar umbrales de sensibilidad o capacidad de padecer angustia. Otra es c\u00f3mo clasificarlos legal e institucionalmente: \u00bfcomo animales, tejidos, dispositivos o algo completamente nuevo? Las respuestas dar\u00e1n forma a los comit\u00e9s de supervisi\u00f3n, a los procedimientos de consentimiento para la obtenci\u00f3n de c\u00e9lulas y a las normas para el mantenimiento o la destrucci\u00f3n a largo plazo de estos constructos.<\/p>\nCuerpos alterados y nuevos comportamientos<\/h2>\n\n\n
Por qu\u00e9 la autoorganizaci\u00f3n cambia la ecuaci\u00f3n<\/h2>\n\n\n
La ingenier\u00eda se encuentra con la impredecibilidad<\/h2>\n\n\n
Fallas \u00e9ticas y regulatorias<\/h2>\n\n\n