«Роботы», созданные из живых клеток, модернизируются и получают нервные системы

Фото из открытых источников

Биологи-эволюционисты из Университета Тафтса в Массачусетсе создали так называемых «нейроботов» — небольшие скопления клеток, способные плавать в воде и состоящие из комбинации эмбриональных клеток и нервной ткани лягушек. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Science.

Данное исследование основывается на предыдущих работах группы под руководством Майкла Левина, которая еще в 2020 году впервые сообщила о создании «биологических роботов» из клеток африканской когтистой лягушки Xenopus laevis.

Эти ранние разработки могли выполнять несколько трюков, включая ползание по поверхностям и самовоспроизведение путем перемещения свободно плавающих клеток для образования новых биороботов, повторяя этот процесс до четырех поколений. Теперь исследователи добавили в эту систему нейронные клетки, чтобы посмотреть, какие новые поведенческие возможности они откроют.

«Все это затрагивает очень фундаментальные вопросы, а именно: может ли нервная система вообще развиваться в совершенно новом контексте, который не является продуктом миллионов лет естественного отбора, и если да, то как она взаимодействует с этой искусственной биологической средой и функционирует в ней, или даже как она изменяет и усиливает свои реакции и поведение», — говорится в заявлении Левина.

Для создания нейророботов исследователи взяли развивающуюся кожную ткань эмбрионов лягушек и добавили клетки-предшественники нейронов из другой группы эмбрионов. Вскоре после этого клетки кожи сформировали сферическую форму вокруг нейронных клеток.

В результате образовалась структура, на поверхности которой развился тип клетки, называемый многоресничной клеткой (МРК). Такие клетки естественным образом встречаются на поверхности эмбрионов Xenopus и покрыты тонкими «волосками» из белка, которые колышутся, приводя нейроробота в движение.

«Интеграция нервной системы изменяет форму (морфологию) и функции нейроботов», — заявила соавтор исследования Халех Фотоват. «По сравнению с биоботами, нейроботы более вытянуты, демонстрируют отчетливые паттерны экспрессии MCC, проявляют повышенную активность и более сложное спонтанное поведение, а также претерпевают существенные изменения в глобальной экспрессии генов».

Исследователи также обнаружили, что нейророботы совершали более сложные движения по сравнению со стандартными биороботами, и что сложность движений возрастала при обработке их препаратом, стимулирующим нейронную активность.

Левин рассматривает нейророботы, и биороботы в целом, как новую парадигму жизни, потенциально демонстрирующую, как, несмотря на наличие того же генетического кода, что и у лягушки, одни и те же клетки могут демонстрировать совершенно различное поведение в новых условиях.

Он также надеется, что в будущем они найдут применение в медицине, и действительно, предыдущий эксперимент группы показал, что присутствие биороботов, созданных из человеческих клеток, может улучшить скорость регенерации нервных клеток через повреждение после царапины.

Однако другие в прошлом были несколько менее восторженны в своих похвалах, особенно в отношении того, можно ли действительно считать скопления клеток, движущиеся таким образом, «роботами».

Для некоторых не представляет особой неожиданности тот факт, что структуры, полученные из эмбрионов лягушек, способны на это. Биолог-эмбриолог Джейми Дэвис из Эдинбургского университета в Шотландии подытожил: «В целом, сообщество исследователей эмбрионов Xenopus, знакомых с этими клетками, не совсем понимало, в чем тут дело».