Les scientifiques ont construit un robots entièrement à partir de cellules

Dans une autre vie, si on leur avait permis de suivre leur développement naturel, les cellules souches prélevées sur des grenouilles embryonnaires se seraient transformées en tissu cutané et cardiaque au sein d'animaux vivants et respirants.

Au lieu de cela, dans des configurations conçues par des algorithmes et construites par des humains, ces cellules ont été assemblées en quelque chose de nouveau: les tout premiers robots construits entièrement à partir de cellules vivantes.

Les créateurs les ont appelés xénobots; de minuscules taches de taille submillimétrique contenant entre 500 et 1 000 cellules qui ont pu parcourir une boîte de Pétri, s'auto-organiser et même transporter de minuscules charges utiles. Ces xénobots ne ressemblent à aucun organisme vivant ou organe que nous avons rencontré ou créé à ce jour.

Les possibilités de machines vivantes personnalisées conçues pour une variété d'objectifs, de la distribution ciblée de médicaments à l'assainissement de l'environnement, sont assez hallucinantes.

"Ce sont de nouvelles machines vivantes", a déclaré Joshua Bongard, informaticien et roboticien à l'Université du Vermont.

"Ils ne sont ni un robot traditionnel ni une espèce animale connue. C'est une nouvelle classe d'artefact: un organisme vivant et programmable."

La conception des xenobots a nécessité l'utilisation d'un superordinateur et d'un algorithme qui pourrait virtuellement rassembler quelques centaines de cellules de cœur et de peau de grenouille dans différentes configurations (un peu comme des briques LEGO) et simuler les résultats.

Les scientifiques attribueraient un résultat souhaité - comme la locomotion - et l'algorithme créerait des conceptions candidates visant à produire ce résultat. Des milliers de configurations de cellules ont été conçues par l'algorithme, avec différents niveaux de succès.

Les configurations de cellules les moins réussies ont été éliminées, et les plus réussies ont été conservées et affinées, jusqu'à ce qu'elles soient à peu près aussi bonnes qu'elles auraient pu l'être.

Ensuite, l'équipe a sélectionné les modèles les plus prometteurs pour construire physiquement à partir de cellules récoltées à partir de grenouilles africaines à griffes embryonnaires (Xenopus laevis). C'était un travail minutieux, en utilisant une pince microscopique et une électrode.

Lorsqu'elles ont finalement été assemblées, les configurations ont pu se déplacer, selon les simulations. Les cellules de la peau agissent comme une sorte d'échafaudage pour tout maintenir ensemble, tandis que les contractions des muscles des cellules cardiaques sont mises à contribution pour propulser les xénobots.

Ces machines se déplaçaient dans un environnement aqueux jusqu'à une semaine sans avoir besoin de nutriments supplémentaires, alimentés par leurs propres réserves d'énergie «préchargées» sous forme de lipides et de protéines.

Une conception avait un trou au milieu pour tenter de réduire la traînée. Ce trou pourrait être retiré dans une poche pour transporter des objets, a découvert l'équipe; au fur et à mesure de l'évolution du design, ils ont incorporé la pochette et transporté un objet dans une simulation.

Les xenobots ont également déplacé des objets dans le monde réel. Lorsque leur environnement a été dispersé avec des particules, les xénobots ont spontanément travaillé ensemble, se déplaçant dans un mouvement circulaire pour pousser les particules en un seul endroit.

C'est un travail fascinant. Selon les chercheurs, leurs efforts peuvent fournir des informations précieuses sur la façon dont les cellules communiquent et travaillent ensemble.

"Vous regardez les cellules avec lesquelles nous construisons nos xénobots et, génomiquement, ce sont des grenouilles. C'est de l'ADN de grenouille à 100% - mais ce ne sont pas des grenouilles. Ensuite, vous demandez, eh bien, quelles sont ces autres cellules capables de construire ? " a déclaré le biologiste Michael Levin de l'Université Tufts.

"Comme nous l'avons montré, ces cellules de grenouille peuvent être cajolées pour créer des formes vivantes intéressantes qui sont complètement différentes de ce que serait leur anatomie par défaut."

Bien que l'équipe les appelle «vivants», cela peut bien dépendre de la façon dont vous définissez les créatures vivantes. Ces xénobots ne peuvent pas évoluer seuls, il n'y a pas d'organes reproducteurs et ils sont incapables de se multiplier.

Lorsque les cellules manquent de nutriments, les xénobots deviennent simplement un petit amas de cellules mortes. (Cela signifie également qu'ils sont biodégradables, ce qui leur donne un autre avantage sur les robots en métal et en plastique.)

Bien que l'état actuel des xénobots soit relativement inoffensif, il est possible que de futurs travaux incorporent des cellules du système nerveux ou les développent en armes biologiques. À mesure que ce domaine de recherche se développe, des directives en matière de réglementation et d'éthique devront être rédigées, appliquées et respectées.

Mais il y a aussi beaucoup de bien potentiel.

"Nous pouvons imaginer de nombreuses applications utiles de ces robots vivants que d'autres machines ne peuvent pas faire", a déclaré Levin, "comme la recherche de composés nocifs ou de contamination radioactive, la collecte de microplastiques dans les océans, le déplacement dans les artères pour éliminer la plaque."

La recherche a été publiée dans PNAS, et l'équipe a rendu son code source disponible gratuitement sur Github.

Auteur:  Nabil Radouane