Cientistas criam biorrobô vivo com sistema nervoso primitivo

Vida sintética

Apesar das preocupações éticas envolvidas com a criação de formas de vida artificial, por meio da biologia sintética, várias equipes ao redor do mundo têm apostado na criação de biorrobôs, cuja crescente linha de variantes começou com robôs movidos por células biológicas e, a seguir, por biorrobôs meio máquina e meio vivos.

A equipe do professor Michael Levin, da Universidade de Harvard, por exemplo, começou com células embrionárias de sapos para criar o que eles chamaram de xenobôs, robôs biológicos vivos que podem se reproduzir.

Mas os biorrobôs também podem ser construídos usando células humanas, criando o que Levin chama de antrobôs, que já demonstraram a capacidade de curar lesões neurais in vitro. Assim, surgiu a visão de que biorrobôs feitos a partir das células de um paciente possam vir a ser usados para reparar danos na medula espinhal ou nos nervos da retina, remover placas das artérias, administrar localmente medicamentos e realizar outras tarefas no corpo humano.

Agora a equipe apresentou sua última criação, os neurobôs, ou neurorrobôs, que são essencialmente biorrobôs que, com o auxílio de uma técnica microcirúrgica, são integrados a células precursoras neuronais, que podem então crescer naturalmente – é como se o robô biológico desenvolvesse seu próprio sistema nervoso.

Neurorrobôs

Os experimentos mostraram sistemas nervosos se auto-organizam naturalmente dentro dos neurobôs, com prolongamentos neuronais estendendo-se entre os neurônios, bem como em direção às células não neuronais que revestem a superfície dos robôs.

As células-alvo incluem células multiciliadas (MCCs), que permitem a mobilidade dos robôs biológicos; células caliciformes secretoras de muco, que, entre outras funções, facilitam o batimento ciliar; ionócitos, que regulam o equilíbrio iônico; e pequenas células secretoras (SSCs), que produzem moléculas que estimulam as MCCs.

“É importante ressaltar que a integração de um sistema nervoso remodela a forma (morfologia) e a função dos neurorrobôs. Em comparação com os biorrobôs, os neurorrobôs são mais alongados, apresentam padrões de expressão de MCC distintos, apresentam maior atividade e comportamentos espontâneos mais complexos, além de sofrerem mudanças substanciais na expressão gênica global,” disse a pesquisadora Haleh Fotowat.

Embora tudo seja ainda bastante primitivo, é preciso admitir que se trata da criação artificial de um sistema nervoso, o qual se desenvolve em um contexto completamente novo em relação ao que acontece em qualquer animal.

Como os neurorrobôs foram criados

Os biorrobôs são gerados a partir de tecido cutâneo indiferenciado extraído de embriões da espécie de rã Xenopus laevis, utilizada há décadas em pesquisas de biologia celular. Durante um período de cicatrização de 30 minutos, o tecido extraído se transforma, passando de uma estrutura em forma de tigela para uma forma esférica.

Os pesquisadores aproveitaram essa transição como uma oportunidade para introduzir células precursoras neuronais indiferenciadas derivadas de um conjunto separado de embriões doadores. Após o procedimento de implante, formaram-se estruturas esféricas típicas de biorrobôs, que, após um dia, estavam completamente cicatrizadas. Depois de mais um dia, células multicelulares (MCCs) emergiram em sua superfície e os neurobôs recém-criados começaram a se movimentar e até mesmo a dançar freneticamente.

“As células precursoras neuronais implantadas diferenciaram-se em neurônios maduros com corpos celulares definidos e projeções axonais e dendríticas. Elas se conectaram umas às outras e estenderam prolongamentos até as células na superfície do neurobô,” disse Fotowat. “Tudo isso aconteceu espontaneamente em um contexto biológico completamente novo que criamos, diferente da forma como o sistema nervoso se desenvolve normalmente em rãs.”

Sistema visual primitivo

De forma ainda mais surpreendente, os cientistas constataram o aparecimento de um grande grupo de genes que codifica partes significativas da maquinaria molecular necessária para o desenvolvimento do sistema visual nos olhos dos sapos Xenopus, permitindo a percepção e o processamento de estímulos visuais.

“Embora precisemos validar essas observações no nível das proteínas e mapeá-las em células individuais, elas podem significar que algum tipo de sistema visual esteja se desenvolvendo nos neurorrobôs. Se for esse o caso, eles poderiam apresentar comportamentos evocados visualmente, como a motilidade controlada pela luz, o que poderia ser uma maneira poderosa de guiar seu comportamento para aplicações úteis e aprender sobre a origem evolutiva das competências comportamentais,” disse Levin.

“Os biorrobôs, e agora os neurorrobôs, são o tipo de avanços que desafiam o pensamento científico e todos os paradigmas anteriormente existentes. Eles representam uma nova fronteira na pesquisa biomédica, com potencial para gerar insights sobre biologia fundamental e desenvolver soluções para problemas na medicina que ainda nem sequer podemos imaginar,” acrescentou seu colega Donald Ingber.