Wetenschappers bouwen ‘levende robot’ van kikkercellen

De robots die onderzoekers van drie universiteiten vandaag presenteren in vakblad PNAS, zijn per stuk slechts spikkeltjes van zo’n halve millimeter groot en kunnen nog niet veel. Maar het is vooral het idee dat telt. ‘We weten nog altijd niet wat cellen kunnen vormen behalve hun normale, standaard lichaamsvorm’, mailt onderzoeksleider Mike Levin desgevraagd vanaf de Tufts Universiteit in Massachusetts. ‘In ons onderzoeksveld heb ik zoiets nog niet eerder gezien. Wat een mooi idee’, reageert de Groningse synthetisch-bioloog Bert Poolman.

De robotjes kunnen simpele taken verrichten, zoals voortkruipen, andere minuscule objecten wegduwen en zelfs als groep een vloertje ‘schoonvegen’. Dat gaat allemaal nog uiterst moeizaam en tergend traag. Maar voor de verre toekomst fantaseren de wetenschappers over levende robots die de zee ontdoen van plastic, of medicijnen bezorgen in het lichaam. Levende cellen als bouwmateriaal hebben immers het voordeel dat ze zichzelf kunnen repareren en bioafbreekbaar zijn.

Afrikaanse kikker

Als uitgangspunt nam het team de huidcellen en de pompende hartspiercellen van de klauwkikker, een Afrikaanse kikker die veel wordt gebruikt in het celonderzoek. Daarmee lieten ze een kunstmatig intelligente computer puzzelen: hoe zouden de cellen aan elkaar moeten om bijvoorbeeld een voortbewegend geheel te krijgen?

Dat resulteerde in wonderlijke ontwerpen, die de wetenschappers vervolgens nabouwden door echte cellen met veel gepriegel aan elkaar te plakken. Daarna begonnen de cellen samen te werken: de huidcellen vormden een geheel, de hartspiercellen begonnen gecoördineerd samen te trekken. Op de plaatjes en filmpjes van Levin zien we kruipende vingerhoedjes, wandelende kiezen en Pacman-achtige grijpertjes: allemaal gemaakt van kikkercellen, waarbij de hartspiercellen voor de aandrijving zorgen en de huidcellen voor de stevigheid.

‘Ze bestaan uit normale kikkercellen, met normaal kikker-dna’, zegt Levin. ‘Maar hun lichamen zien er totaal anders uit dan kikkers.’ In hun vakpublicatie spreken de wetenschappers van ‘functionele nieuwe levensvormen’ en ‘op maat gemaakte levende systemen’.

Hybride objecten

Dat maakt ze hybride objecten, iets tussen leven en levenloos in, oordeelt Sarah Boers, medisch-ethicus aan het UMC Utrecht. ‘Ze zijn gemaakt in een lab. Maar ze hebben ook kenmerken van een organisme, dat beweegt en zich organiseert.’ Echt lastig wordt het pas als de wetenschappers hun kruipende robots op een dag van mensencellen gaan maken, denkt Boers: ‘Dat maakt uit. Dan krijg je te maken met vragen als: wat heeft de patiënt voor zeggenschap? In hoeverre mag je het als product zien, als ze dit van jouw cellen maken?’

Vooral de combinatie van computerontwerp en levende cellen is fraai, vindt Poolman. ‘Ik geloof zeker dat deze benadering, van slimme algoritmes in combinatie met experimentele terugkoppeling, toekomst heeft in het ontwerpen van dit soort structuren.’ Al is de weg te gaan nog lang, benadrukt hij: ‘Ik zie nog niet zo snel hoe ze dit systeem kunnen automatiseren.’

‘Helaas is er nog geen sprake van georganiseerde zelforganisatie’, tekent ook Cees Dekker aan, hoogleraar moleculaire biofysica in Delft. Niettemin vindt ook hij vooral de weefselresultaten interessant: ‘Ik zie hier een typisch resultaat: dat groepje cellen kan een beetje kruipen.’

Wisse dood

Voorlopig zal het weinig moeite kosten de robots in bedwang te houden. Zo sterven de robots buiten de reageerbuis een wisse dood en kunnen de cellen zich niet delen: daarvoor zouden ze voeding nodig hebben, mailt Levin. ‘En ze kunnen niet eten.’ Na een dag of zeven stierven de robots vanzelf af, en bleven er alleen wat losse dode cellen over.

Voor de lange termijn fantaseert Levin echter over een tijd waarin medici volledige controle hebben over levende materie. ‘Als we driedimensionale biologische vormen op maat kunnen maken, kunnen we aangeboren afwijkingen herstellen, tumoren omzetten in gewoon weefsel, het lichaam zichzelf na verwonding laten regenereren en veroudering verslaan’, mailt hij. ‘Het langetermijndoel is om de veelzijdigheid en de vaardigheid van cellen om structuren te bouwen zoals een oog of een hand, te benutten’

Daarbij mikken de onderzoekers op ‘volledige automatisering van het proces’: de computer bedenkt een robot, de 3D-printer maakt hem van levende cellen. ‘Je zult wel moeten zorgen dat je zicht houdt op wat die entiteiten doen’, tekent ethicus Boers aan. ‘Om te waarborgen of het wel op een veilige manier gebeurt.’

Dat de ‘xenobots’ – vernoemd naar de Latijnse naam van de kikker, Xenopus laevis – zowel bewondering als huiver opwekken, verbaast Boers niet. Omdat we opgegroeid zijn met het idee dat de mens het enige levende wezen is dat zelfbewust kan optreden, schieten we in de stress of juist in aanbidding als we worden geconfronteerd met wezens die daar niet goed in passen, betoogt ze.

Bekijk hieronder de video die de onderzoekers maakten.