Les « xénobots » pourraient remplacer les robots traditionnels en métal ou en plastique sans polluer la planète, mais ils soulèvent plusieurs questions éthiques.
Il s'agit de xénobots, des « machines vivantes » contenant des cellules souches de grenouille à l'intérieur dans une nouvelle configuration conçue par un algorithme informatique.
Photo par: (Kriegman et al., PNAS, 2020).
Dans le laboratoire de Michael Levin à l'Université Tufts, les cellules peuvent s'attendre à être en compagnie inhabituelle.
Machines vivantes, les Frankenstein de l’ère moderne
Ici, les précurseurs de la peau de grenouille se rapprochent de cellules qui, dans une autre vie, auraient pu aider le cœur d'un amphibien à battre. Ce sont de parfaits inconnus: des entités biologiques qui, jusqu’à présent, n’avaient aucune relation commerciale. Pourtant, Levin et ses collègues ont découvert que les cellules de la peau et les cellules cardiaques pouvaient être poussées vers la coalescence. Placés côte à côte, ils s’auto-organiseront en mosaïques tridimensionnelles complexes de cellules de grenouilles qui ne sont pas des grenouilles.
Conçus par un algorithme informatique et modélisés chirurgicalement par des mains humaines, ces robots vivants, hybrides cœur-peau de la taille d'un grain de sable, ne ressemblent à rien de la nature.
Mais les tâches qu’ils effectuent sont étrangement familières : sans aucune intervention extérieure, ils peuvent se déplacer dans des boîtes de Pétri, pousser des objets microscopiques d’avant en arrière et même « s’ajuster » après avoir été coupés.
Levin définit (à juste titre aussi) ces groupes de cellules comme de « nouvelles formes de vie » : ce ne sont ni des organismes ni des machines, mais peut-être quelque chose entre les deux.
Appelés « xénobots » en l'honneur de Xenopus laevis, les grenouilles africaines dont sont issues leurs cellules, ont un énorme potentiel pour révéler les règles qui régissent l'assemblage des éléments constitutifs de la vie.
Avec de nombreux ajustements supplémentaires, la technologie xenobot pourrait un jour être exploitée pour administrer des médicaments dans tout le corps, récolter des contaminants environnementaux, etc. Levin et ses collègues l'écrivent aujourd'hui dans le magazine Actes de l'Académie nationale des sciences. Contrairement aux robots traditionnels, les xénobots vivants et auto-guérisseurs du futur pourraient théoriquement accomplir ces prouesses sans polluer la planète, et se réparer en cas de dommage.
Alors que les plastiques et autres polymères difficiles à dégrader continuent de s'accumuler dans l'environnement, « l’approche incroyablement innovante » proposé par xenobots « Cela pourrait être très important pour la durabilité »il dit Tara Doyens, ingénieur biomédical et biologiste synthétique à l'Université de l'Utah.
Mais les xénobots soulèvent également un certain nombre de questions éthiques
Cela semble peut-être un peu apocalyptique, mais si les choses tournent mal, les humains pourraient avoir besoin d’être protégés contre ces formes de vie artificielles et d’autres. "Lorsque vous créez la vie, vous n'avez pas une bonne idée de la direction qu'elle va prendre" dit Nita Farahany, qui étudie les implications éthiques des nouvelles technologies à l'Université Duke. « Chaque fois que nous essayons d’exploiter la vie, dit-il, nous devons reconnaître qu’elle peut mal finir. »
Au cours des dernières décennies, l’humanité a réalisé d’incroyables progrès en matière de robotique. Les machines peuvent désormais maîtriser des jeux de société difficiles et naviguer sur des terrains difficiles ; ils peuvent se conduire comme des véhicules autonomes et rechercher des survivants à la suite de catastrophes. Mais même dans leurs configurations les plus créatives, les métaux et les plastiques ne peuvent tout simplement pas rivaliser avec les cellules.
Systèmes biologiques: beaucoup plus avancés que les robots mécaniques
« Les systèmes biologiques font l’envie de la robotique »il dit Levin. « Ils sont adaptables, flexibles, ils se réparent eux-mêmes. Il n’existe aucun robot au monde capable de faire cela.
C'est pourquoi Levin et ses collègues ont décidé d'en faire un. En collaboration avec des experts en robotique Sam Kriegman e Josh Bongard de l'Université du Vermont, a demandé à un algorithme informatique de concevoir une série de machines vivantes, utilisant la peau de grenouille et les cellules cardiaques comme matières premières. L'algorithme a été formé pour optimiser chaque xenobot pour une fonction de base différente, comme se déplacer d'avant en arrière ou manipuler des objets.
Après avoir testé différentes configurations, l’algorithme sélectionne les projets numériques qu’il juge les plus adaptés à la tâche à accomplir. Les chercheurs tentent ensuite de recréer ces modèles dans le laboratoire de Levin.
Photo par: (Kriegman et al., PNAS, 2020)
"Les cellules aiment être ensemble"
Même après avoir été grattés sur des embryons de grenouilles et écrasés dans un disque rempli de liquide, la peau et les cellules cardiaques courront pour s'unir. « Les cellules adorent être ensemble »dit Levin. C'est le micro-chirurgien qui a pris les robots vivants nouveau-nés et les a sculptés dans les formes spécifiées par l'ordinateur.
Tous les ingrédients des xénobots proviennent d’une véritable grenouille, mais il n’y a rien d’amphibie dans les formes finales qu’ils ont prises. Certains sont devenus des formes déconnectées. d'autres prenaient la forme de structures vides en forme de prisme. Les robots manquaient de membres, de squelettes et de systèmes nerveux. Mais ils s'acquittent facilement des tâches pour lesquelles ils ont été conçus.
Sans bouche ni système digestif, ils se nourrissent exclusivement des morceaux de jaune embryonnaire avec lesquels ils ont été « fouettés ». C'est pourquoi ils meurent environ une semaine après que le liquide de culture s'assèche, explique Bongard. Mais lui et ses collègues pensent que les robots pourraient un jour être utilisés pour administrer des médicaments dans le corps humain ou pour gratter la plaque dentaire des artères. Relâchés dans l’environnement, ils pourraient surveiller les toxines ou éliminer les microplastiques des océans.
L'équipe expérimente déjà différents types de cellules, pour différents types de fonctions. Les Xenobots semblent également capables de créer de nouvelles versions d'eux-mêmes, en rassemblant des cellules individuelles jusqu'à ce qu'elles commencent à fusionner, dit Levin. Ils sont également résistants: une fois brisés, les robots réparent simplement leurs blessures et continuent.
Et maintenant les problèmes inévitables et quelques doutes éthiques
Beaucoup de bien pourrait venir de cette technologie, mais il est également important de prendre en compte les risques potentiels. Il le dit aussi Susan Anderson, philosophe et éthicien des machines à l'Université du Connecticut. Entre de mauvaises mains, le pouvoir des xénobots pourrait facilement être exploité comme arme biologique. Cela transporterait des poisons dans le corps des gens au lieu de médicaments.
Les humains ont déjà bricolé avec les recettes de la vie. Ces dernières années, les bio-ingénieurs ont reprogrammé les cellules pour produire des médicaments vitaux, dépouiller les génomes à leur état le plus bas et hybrider les animaux avec d'autres animaux (ou des cellules humaines).
Mais les formes de vie multicellulaires synthétisées à partir de zéro sont encore rares. Aussi parce qu'une grande partie du développement biologique reste un mystère. Les chercheurs ne sont pas encore sûrs, par exemple, de l'apparence des tissus, des organes et des appendices.
L’étude des xénobots pourrait certainement aider à déchiffrer ce code de développement. Mais pour y arriver, les scientifiques devront d’abord expérimenter. Maîtriser des techniques et des technologies qu'ils ne comprennent pas complètement. À partir de l’algorithme d’apprentissage automatique qui conçoit ces formes de vie.
Bongard et ses collègues reconnaissent la délicatesse de leur travail. « le problème éthique autour de ce sujet n’est pas anodin », dit le savant. Bien que les chercheurs n'aient pas encore conduit les bioéthiciens à voir leurs recherches, « C'est quelque chose que nous devrons faire. C’est utile dans le cadre de la discussion sur ce qu’il faut faire avec cette technologie. », il ajoute. Mais d'abord, "Nous voulions juste montrer que c'était possible."
