Máquinas vivas que pueden parecer un ser vivo pero que no lo son; de hecho su nombre correcto sería xenobot, ya que su diseño artificial es previo a su desarrollo celular. Son producto de un diseño informático aplicado sobre células que luego son programadas, suponen otro salto al vacío desconocido dentro de la nanotecnología y de esa fusión entre lo mecánico y lo biológico que promete un futuro esplendoroso pero que también genera muchas dudas éticas e incluso de utilidad.

IMÁGENES: University of Vermont / Tufts University – Imagen de portada: Estructura digital previa y organismo resultante.

El presente siglo verá muchas revoluciones, demasiadas quizás como para que las viejas estructuras sociales y culturales resistan. Pero es un alud que no se va a detener. Una de las vías primordiales en las que el ser humano va a romper su propio techo será la “tecnología de lo muy pequeño”, que tiene un grado nanotecnológico (máquinas basadas en componentes y circuitos progresivamente más pequeñas, hasta alcanzar incluso el tamaño celular) y otro cuántico (moléculas manipuladas para convertirlas en máquinas o motores a un nivel de pequeñez que dejan a una célula como un coloso). Ahora habría que añadir una tercera dimensión, la de los biobots, máquinas basadas en células vivas que son programadas para realizar determinadas operaciones. No hablamos de un ser vivo; debe quedar muy claro desde el principio que se ha vendido como biomáquinas cuando en realidad no son tal cosa: la informática fue aplicada en su diseño, pero no forma parte de la misma, y tampoco podemos considerarlas seres vivos. Son en realidad un híbrido nuevo para el que es difícil usar etiquetas. De hecho su nombre correcto sería xenobots más que biobots.

Cuatro jóvenes científicos estadounidenses, de la Universidad de Vermont y del Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo de la Universidad de Tufts, publicaron en la revista PNAS su creación este pasado mes de febrero y hablaron de “máquinas vivientes”, elaboradas con células animales y capaces de llevar a cabo tareas muy sencillas que son previamente programadas. El equipo, formado por dos biólogos (Michael Levin y Douglas Blackiston) y dos ingenieros robóticos (Josh Bongard y Sam Kriegman), y con financiación del Departamento de Defensa de EEUU (lo cual no ayuda a calmar los ánimos de los temerosos…), crearon en el laboratorio una suerte de organismos híbridos reprogramables con la medicina como horizonte. Un ejemplo propuesto por el grupo de investigadores: estos biobots podrían detectar tumores en fase muy inicial, incluso eliminarlos, detectar placas en las arterias e incluso como vehículo e aplicación de fármacos dentro del cuerpo humano. Es decir, lo mismo que ha prometido la nanotecnología desde hace más de una década pero con una dimensión biológica revolucionaria.

Diseño informático y desarrollo de xenobots

No son máquinas (aunque se les puede considerar “robots blandos”, eufemismo para el uso de materiales biológicos para la robótica). No son seres vivos completos y reales (aunque lo parecen). Son otra cosa que no podemos etiquetar. Aún. ¿Cómo lo hicieron? A partir de una simple estructura de ladrillos o partes elementales viables (como quien construye una casa o una máquina) usando dos tipos de células de la “rana de uñas africana”, las de su corazón (contráctiles) y las de su piel (pasivas), de tal forma que de esa dualidad pudiera generarse algún tipo de acción física. Gracias al uso de un superordenador lograron establecer todas las diferentes posibilidades de agregación celular y saber cómo se comportarían: resumiendo, en función de cómo estuviera estructurado el organismo resultante realizaría un tipo de operación concreta. No sería tanto reprogramar un ser vivo como diseñarlo ex profeso para que desempeñe esa función concreta. Eligieron un número de opciones y trabajaron sobre ellas hasta obtener un biobot / xenobot de 0,5 mm (enorme para las escalas que se usan en nanotecnología) con varios centenares de células que se movió en una dirección determinada por los científicos.

Hay muchas preguntas a partir de aquí: ¿son seres vivos de verdad? Aunque son células de una rana no es estrictamente una rana, aunque realizan operaciones potenciales de células de rana. La cuestión es que en un laboratorio se han utilizado las normas de la vida celular para crear algo que no estaba en el plan original genético, pero tampoco las han cambiado, sólo las han recombinado con un fin. Esto por supuesto genera muchas preguntas al margen de las discusiones filosóficas de si son seres vivos o no, si se les puede considerar formas biológicas o no. Por ejemplo cuestiona el propio funcionamiento de las células: cooperan entre sí para conformar nuevos organismos, pero ¿cómo lo hacen y por qué lo hacen de determinada forma y no de otra?, ¿saben las células lo que tienen que construir más allá de su propia configuración genética? Una célula muscular tiene la habilidad de contraerse, pero ¿por qué esa célula se asocia con otras para construir órganos de forma, tamaño y función tan específicos?, ¿se comunican entre ellas?

Diseño informático y desarrollo de xenobots

Es muy posible que este éxito de laboratorio habrá más caminos de investigación en lugar de generar aplicaciones prácticas, aún muy lejanas y dudosas. Por ejemplo, no se reproducen sino que se disuelven a las pocas semanas una vez cumplida su función, con lo que no tiene un comportamiento “biológico”, lo que apuntala su condición de xenobot y no un organismo pleno. Pero el objetivo final, como apuntó Levin, es evidente: aprender a manipular las células para que construyan estructuras específicas y no las inherentes a su genética. Es decir, formas de vida funcionales y no naturales. Aquí es donde salta la alarma ética, pero también se abre un abanico de opciones considerables. En el propio laboratorio simularon (no crearon, sino que desarrollaron virtualmente) un biobot parecido a un donut que podría transportar sustancias en ese espacio, bien fueran fármacos o incluso toxinas para eliminarlas. En esas mismas simulaciones descubrieron que un enjambre de biobots tendía a moverse en círculos y a impulsar los materiales hacia el centro, con lo que podrían manipularse y agruparse.

La recepción de la noticia ha sido positiva, pero al mismo tiempo han surgido muchas dudas. Más técnicas y operacionales (para empezar no disponen de sensores que permita a estos biobots interactuar con el escenario para poder realizar sus funciones) que éticas, porque estamos ante un suceso puntual. Muchas de esas ideas de aplicación no son verosímiles, al menos no en lo inmediato y puede que ni siquiera a largo plazo, porque el método aún está en fase primitiva.

Esquema de desarrollo de los xenobots

Construir máquinas con moléculas

El Premio Nobel de Química de 2016 recompensó a los investigadores Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart y Bernard Feringa por un hecho asombroso para el público: fueron capaces de diseñar y fabricar “máquinas moleculares”, máquinas operativas formadas por moléculas que pueden ser controladas y con una misión programable en ese nivel. La puerta se abrió cuando en los años 80 y 90 el trabajo combinado de Sauvage, Stoddart y Feringa dio lugar a dos tipos de moléculas especiales con características diseñadas a priori: el catenano y el rotaxano. El primero supuso la primera máquina molecular conocida, un anillo de dos moléculas unidas sin enlaces covalentes sino de manera mecánica con un fin concreto. Y el segundo fue un poco más allá: un anillo insertado en un tubo con topes, como una mancuerna de gimnasio, y que podía moverse hacia un extremo y otro de ese tubo.

A partir de ambos se crearon los primeros motores moleculares (Feringa, en los 90) que eran capaces de mover piezas 10.000 veces más grandes. Tenían forma de palas que podían moverse induciendo luz ultravioleta en ellas. Disponer de estas máquinas moleculares permitiría eliminar la cirugía invasiva, una gran cantidad de fármacos, poder acceder al ADN de un feto en gestación donde se han detectado malformaciones… y eso sólo en medicina. En cualquier tipo de ingeniería permitiría construir máquinas más ligeras, eficaces, eficientes e incluso la base para poder trabajar en el espacio a pequeña escala y sumar elementos hasta poder construir en dimensiones más grandes.

Nanotecnología, el nuevo salto

Nació cuando un antiguo miembro del Proyecto Manhattan, Nobel de Física y uno de los grandes divulgadores, Richard Feynman, ofreció una célebre conferencia en 1959 sobre cómo la investigación debería ir hacia la reducción de tamaño de herramientas y productos a partir del simple reordenamiento atómico. Él fue de los que vieron las posibilidades de manipular el orden y estructura de los átomos, o cuando menos su unión de forma determinada, para crear maquinaria infinitamente más pequeña. Y la idea inicial, el chispazo, salió de la informática: ordenadores con este tipo de tecnología podrían consumir una ínfima cantidad de energía y ser mucho más eficientes y rápidos. La nanotecnología se define como el campo de la ciencia dedicado a la creación, control y manipulación de la materia a una escala menor al micrómetro, es decir, al mismo nivel que los átomos y moléculas.

El rango de uso está entre 1 y 100 nanómetros. Un ejemplo: un robot básico de este tipo sería de unos 50 nanómetros, apenas cinco capas moleculares, lo cual supone un tamaño tan insignificante que no servirían ninguno de los microscopios a la venta para el público. A ese nivel de operatividad todo es nuevo: en los últimos 20 años se han tenido que desarrollar técnicas nuevas, buscar materiales diferentes; abarca de todo, desde la medicina a la electrónica pasando por la química, la bioquímica, la informática, la física o la ingeniería aplicada. Lo “nano” es una forma de crear un nuevo universo de opciones a partir del tamaño, como si todo la tecnología pasara a un nuevo nivel, y al mismo tiempo se pudieran fabricar instrumentos hasta ahora imposibles que podrían ayudar en todos los campos. Y lo que es más importante: con unos costes mucho más bajos, lo que permitiría a paísesmenos desarrollados acceder a esta tecnología.