Canlı robotlar: Xenobotlar

PNAS dergisinin ocak 2020 sayısında yayımlanan yeni bir araştırma, kurbağa embriyosu hücrelerinden yapılmış, süper bilgisayarlarda evrimsel algoritmalar kullanılarak tasarlanmış ve yapıları optimize edilmiş biyolojik robotları-Xenobotları gündemimize soktu.

Xenobotlara ismini veren Xenopus laevis, Güney Afrika’da yaşayan bir amfibi türü. Afrika pençeli kurbağası olarak da biliniyor. Biyolojide yaygın kullanılan bir model organizma. Gelişim, hücre farklılaşması çalışmalarında özellikle omurilik gelişimine ilişkin araştırmalarda sıklıkla kullanılıyor. Xenopus, antik Yunan dilinde “yabancı/garip” ve “ayak” anlamına gelen kelimelerin birleşmesiyle oluşmuş.

Xenopus embriyolarından deri ve kalp hücrelerini ayırdılar ve bunları süper bilgisayarlarda evrimsel algoritmalarla tasarlanmış yeni formlarda birleştirmeyi başaran araştırmacılar, süper bilgisayara şu görevi verdiler: Bir yönde hareket edebilecek en iyi hücre kümesi bileşimini ve şeklini bulmak. Bilgisayar, birkaç yüz hücreyi simülasyonlarda farklı şekillerde birleştirdi ve biyofizik kurallarını kullanarak en optimum cevabı buldu. Her bir aşamada, geliştirilen en iyi simüle hücre kümesi tutularak onun üzerinde yeni simülasyonlar yapıldı. Algoritma birbirinden bağımsız şekilde 100 kez çalıştırılarak, gerçek hayatla uyumlu, ama doğada daha önce görülmemiş şekillerde, laboratuvarda bir araya getirildiğinde de gerçekten verimli çalışabilecek formlar geliştirildi. Bunun için kök hücreler kullanıldı. Ayrı ayrı kültürlenen tek hücreler kültür kaplarından kesilerek alındı ve birleştirildi. Araştırmacılar bunun için çok küçük cımbızlar ile elektrotlar kullandılar ve bu hücreleri süper bilgisayarın tasarladığı şekillere yakınsayacak biçimde mikroskop altında birleştirmeyi başardılar. Sonuçta, milimetre büyüklüğünde deri ve kalp hücrelerinden oluşan bu hücre kütlelerinin hareket yeteneği olduğunu gösterdiler. Kalp hücrelerinin kasılması bu minik robotların hareketini sağladı. Çeşitli hücre kombinasyonları ve şekilleriyle programlanabilir hücre robotları bu şekilde oluşturuldu. Hücre kümeleri kesildiklerinde tekrar iyileşme yeteneği gösterdiler. Hücre kümesi ters çevrildiğinde ise tıpkı bir böcek gibi davrandı. Böceğin ters çevrildiğinde dönememe hareketini hatırlayın. Benzer şekilde bu robotların tek yöndeki hareketi durdu. Ortasında boşluk olan robot tasarımları da yapıldı. Bunların ilaç taşıyıcısı olarak da kullanılabilmeleri öngörülüyor.

Xenobot ismini ilk gördüğümde aklıma Stargate (Yıldız Geçidi) Atlantis dizisindeki “nanite”ların evrimleşmiş formları olan insan formlu replikatörler geldi. İnsan formlu replikatörler yaralandığında ya da bir parçaları koparıldığında yenisini büyütebilme ya da ortadan kesildiklerinde tekrar birleşebilme yeteneğine sahiptiler. Xenobotlar bu hale evrimleşir mi bilinmez ama bu alandaki tüm biyofizik kurallarını keşfettiğimizde ve anladığımızda, daha da geliştirilmiş Xenobotların tıptan, teknolojiye pek çok kullanım alanı olacaktır.