Η ιδέα ότι ομάδες κυττάρων μπορούν να αυτοοργανώνονται και να δημιουργούν δομές με χαρακτηριστικά που θυμίζουν πρωτόγονα βιολογικά συστήματα έμοιαζε μέχρι πρόσφατα περισσότερο με σενάριο επιστημονικής φαντασίας. Ωστόσο, μια νέα γενιά πειραματικών βιοκατασκευών δείχνει ότι η βιολογία μπορεί να εξελιχθεί σε πολύ πιο απρόβλεπτες και πολύπλοκες μορφές απ’ ό,τι πίστευαν μέχρι σήμερα οι επιστήμονες.
Ερευνητές από το Tufts University και το Wyss Institute παρουσίασαν τα λεγόμενα «neurobots», εξελιγμένες μορφές των γνωστών xenobots που πλέον διαθέτουν νευρικά κύτταρα και εμφανίζουν πιο σύνθετες συμπεριφορές και οργανωμένα νευρικά δίκτυα.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Advanced Science και θεωρείται σημαντικό βήμα στην προσπάθεια κατανόησης του τρόπου με τον οποίο τα κύτταρα οργανώνονται και δημιουργούν λειτουργικές δομές υπό ασυνήθιστες συνθήκες.
Από τα xenobots στα neurobots
Η αφετηρία αυτής της έρευνας βρίσκεται στο 2020, όταν επιστήμονες του Tufts δημιούργησαν για πρώτη φορά τα xenobots — μικροσκοπικές ζωντανές βιοδομές που κατασκευάστηκαν από κύτταρα βατράχου.
Οι οργανισμοί αυτοί μπορούσαν να κινούνται μέσα στο νερό, να αυτοεπιδιορθώνονται και ακόμη να συλλέγουν ελεύθερα κύτταρα ώστε να σχηματίζουν νέα xenobots.
Σήμερα, η ίδια ερευνητική προσπάθεια περνά σε επόμενο επίπεδο με την εισαγωγή νευρικών κυττάρων μέσα σε αυτές τις βιολογικές δομές.
Τα νέα neurobots αποκτούν διαφορετικά σχήματα, εμφανίζουν πιο σύνθετα μοτίβα κίνησης και παρουσιάζουν ιδιότητες που παραπέμπουν σε πρωτόγονα νευρικά συστήματα.
Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι η έρευνα μπορεί να συμβάλει σημαντικά στην ανάπτυξη της συνθετικής βιολογίας αλλά και της αναγεννητικής ιατρικής.
Πώς δημιουργούνται τα βιολογικά συστήματα
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε κύτταρα από πρώιμα έμβρυα του αφρικανικού βατράχου Xenopus laevis.
Όταν τα πρόδρομα κύτταρα δέρματος απομονώνονται και τοποθετούνται σε ειδικό εργαστηριακό περιβάλλον, οργανώνονται φυσικά σε μικρές σφαιρικές δομές που διαθέτουν μικροσκοπικές τριχοειδείς προεκτάσεις, γνωστές ως κροσσοί.
Η συγχρονισμένη κίνηση αυτών των κροσσών επιτρέπει στα xenobots να κινούνται μέσα στο νερό σαν να «κολυμπούν».
Οι βιοδομές αυτές είναι απολύτως βιολογικές, χωρίς γενετικές τροποποιήσεις ή τεχνητούς μηχανικούς σκελετούς.
Παράλληλα, διαθέτουν ικανότητα αυτοθεραπείας και μπορούν να επιβιώσουν για περίπου δέκα ημέρες αξιοποιώντας τα θρεπτικά αποθέματα των εμβρυϊκών κυττάρων.
Η προσθήκη νευρώνων και η δημιουργία νευρικών δικτύων
Για τη δημιουργία των neurobots, οι ερευνητές ενσωμάτωσαν ομάδες πρόδρομων νευρικών κυττάρων στο εσωτερικό των αναπτυσσόμενων βιοδομών.
Τα κύτταρα αυτά εξελίχθηκαν σταδιακά σε νευρώνες και ανέπτυξαν διακλαδώσεις — άξονες και δενδρίτες — που εξαπλώθηκαν τόσο στο εσωτερικό όσο και στην επιφάνεια των οργανισμών.
Ο Μάικλ Λέβιν, ένας από τους επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας, εξήγησε ότι στόχος ήταν να διαπιστωθεί τι θα συμβεί αν αυτά τα βιολογικά συστήματα αποκτούσαν τα «υλικά» για να δημιουργήσουν ένα νευρικό σύστημα.
Οι επιστήμονες επιδιώκουν να κατανοήσουν τις βασικές αρχές με τις οποίες σχηματίζονται τα νευρικά δίκτυα και πώς συμπεριφέρονται οι νευρώνες όταν τοποθετούνται σε ένα εντελώς διαφορετικό βιολογικό περιβάλλον.
Αλλαγές στη συμπεριφορά
Οι μικροσκοπικές παρατηρήσεις έδειξαν ότι οι νευρώνες ανέπτυξαν βασικά χαρακτηριστικά που συναντώνται στα φυσικά νευρικά συστήματα, όπως συνάψεις, άξονες και δενδρίτες.
Με τη χρήση τεχνικών απεικόνισης ασβεστίου, οι ερευνητές επιβεβαίωσαν ότι οι νευρώνες ήταν ηλεκτρικά ενεργοί και σχημάτιζαν απλά νευρωνικά δίκτυα.
Η ενσωμάτωση των νευρικών κυττάρων άλλαξε αισθητά τη συμπεριφορά των οργανισμών.
Τα neurobots απέκτησαν μεγαλύτερο και πιο επιμήκες σχήμα, κινούνταν πιο έντονα και εμφάνιζαν επαναλαμβανόμενα μοτίβα κίνησης αντί για απλές και τυχαίες διαδρομές.
Για να μελετήσουν τον ρόλο των νευρικών δικτύων, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ουσίες που επηρεάζουν τη νευρική δραστηριότητα.
Η αντίδραση των neurobots αποδείχθηκε διαφορετική από εκείνη των απλών xenobots, στοιχείο που ενισχύει την άποψη ότι τα νευρικά δίκτυα επηρεάζουν άμεσα τη συμπεριφορά αυτών των βιολογικών συστημάτων.
Απρόσμενη γονιδιακή δραστηριότητα
Η έρευνα αποκάλυψε και κάτι ακόμη πιο εντυπωσιακό. Οι επιστήμονες εντόπισαν απροσδόκητη ενεργοποίηση γονιδίων που σχετίζονται όχι μόνο με τον εγκέφαλο αλλά και με την όραση και την αντίληψη φωτός.
Η παρατήρηση αυτή ανοίγει το ενδεχόμενο τα neurobots να αποκτήσουν στο μέλλον δυνατότητα αντίδρασης στο φως.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι οι οργανισμοί αυτοί ίσως ενεργοποιούν τμήματα του γονιδιώματος που θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν για νέες βιολογικές λειτουργίες στο μέλλον.
Παράλληλα, θέτουν ένα ακόμη πιο φιλόδοξο ερώτημα: αν αυτοί οι οργανισμοί επιβίωναν περισσότερο, θα μπορούσαν άραγε να αναπτύξουν πρωτόγονους φωτοϋποδοχείς ή ακόμη πιο σύνθετες αισθητηριακές δυνατότητες;
Η απάντηση, όπως λένε, ίσως κρύβεται στα επόμενα στάδια αυτής της νέας βιολογικής επανάστασης.
Διαβάστε ακόμη
Economist: Η αποχώρηση των ΗΑΕ από τον OPEC δοκιμάζει τη συνοχή του πετρελαϊκού καρτέλ
Ερμότι (UBS): Υπερβολική η αισιοδοξία των αγορών απέναντι στη σύγκρουση με το Ιράν
Πώς η Ελβετία δημιούργησε μια μεγάλη βιομηχανία σοκολάτας
Για όλες τις υπόλοιπες ειδήσεις της επικαιρότητας μπορείτε να επισκεφτείτε το Πρώτο Θέμα