これらの小さな生きたロボットは、細胞のゴシップを盗聴する科学に役立つかもしれない

まったく新しい存在が科学の歴史に名を刻もうとしている。人工知能によって設計された生きたロボットだ。

今週初めに発表された論文では、バーモント大学のコンピューター科学者とタフツ大学の生物物理学者が、AI を使ってカエルの幹細胞から作られたまったく新しい生物を設計し、実際にその設計に基づいて小さな生きたロボットを作成したと説明しています。彼らの主な目標は、最先端の生物を使って、あらゆる種類の細胞が互いにどのように通信するかをより深く理解することです。

これらの「ゼノボット」は食べることも、繁殖することもできず、寿命は 1 週間程度しかないため、フランケンフロッグの侵略はそれほど心配する必要はない。ゼノボットができることは、歩くこと、泳ぐこと、物を押すこと、運ぶこと、そしてグループで協力して働くことだ。これらは、さまざまな細胞から作られた初めてのロボットとしては大きな成果である。

これを実現するために、バーモント大学のチームは、異なる形状の皮膚細胞と心臓細胞の組み合わせが現実世界で作られた場合、どのような挙動を示すかを数万回シミュレーションできる AI を考案しました。タフツ大学のチームは、それらの予測の一部を使用して、カエルの胚から採取した幹細胞から機能的な生物を作り上げました。

研究チームは、成長過程の後半で皮膚や心筋に発達するはずの胚の周辺領域を切り取ることで、これらの細胞を採取する。研究チームは、組織を手作業で単一細胞に細分化し、基本的に型のようなものに組み込む。

それはゼリーを作るのと似ています。すべてがごちゃ混ぜになっているので、個々の細胞が協調して動くとは思えないかもしれません。言い換えれば、ゼリーが液体のドロドロの状態から、ゆらゆら揺れる半固体の食品に変わることは決してありません。しかし、「彼らが作るものはただの混乱ではありません」とタフツ大学の生物物理学者マイケル・レビンは言います。「それは機能的で一貫した有機体です。」

その微生物は、収縮するように設計された心筋細胞の特性に基づいて動きます（これが心臓の鼓動の仕組みです）。ミシガン州立大学の微生物学者で、この研究には関わっていないクリストファー・アダミ氏は、皮膚細胞は、体内での役割と同じように、すべてのものをまとめる役割を果たしていると語ります。

ゼノボットを型から取り出した後、チームはAI設計が予測した形状に手作業で切りそろえる。彼らは動き回るゼノボットのレシピを考案し、毎回同じ機能を果たす生物を生み出すとレビン氏は言う。こうした生物は、最終的には研究室の外で、薬物送達の改善など、実用的な用途に利用できるようになるかもしれない。

これはほんの第一歩に過ぎない。「コンピューターで生成された生物を生物に変換するのは新しいことです」とアダミ氏は言う。しかし、この方法が医療技術を生み出すのに、あるいは細胞の働きに関する新たな知見をもたらすのに、どれくらいの時間がかかるのかは不明だ。

しかし、これは有望な研究だ。「ロボットの行動をシミュレーションから現実に移すことは非常に難しいが、この新しい論文は素晴らしい結果を示している」とイェール大学のロボット工学エンジニア、レベッカ・クレイマー・ボッティリオ氏はポピュラーサイエンス誌にメールで語った。「チームが生きた細胞を使ってシミュレーションされたデザインと行動を実現したことは、生体適合性ロボットや、生きた組織の弾力性と知性を活用したソフトロボットを将来的に生み出す能力を示す、特に有望な兆候だ」

現時点では、チームはSF的な医学的可能性ではなく、基礎科学に焦点を当てています。彼らは、細胞同士がどのようにコミュニケーションするかをより明確に示すゼノボットのレシピの作成に取り組んでいます。ゼノボットが電気や化学信号などの方法を使用して連携していることはわかっていますが、現時点では、ゼノボットが互いに何を話しているのか、どのような形状を構築するかをどのように決定しているのかはわかりません。

「生きたロボット」を作る方法は複数あり、このカエルは初めてではありません。他のチームは遺伝子工学やさまざまな種類の組織生成を利用して、設計された機能以外の機能を実行できる細胞を作成しています。UVM のコンピューター科学者 Josh Bongard 氏は、ここでの真の進歩は AI を使用してゼノボットを設計することだと述べています。コンピューターは「基本的に、何十億ものゼノボットの設計に対して試行錯誤のプロセスを実行しています」と彼は言います。この研究は、現実世界で機能する設計を作成するのにそれがいかに効果的であるかを示しています。

SF の世界の話のように聞こえるかもしれないが、人間は生物を絶えず作り変えており、何千年もそうしてきた。しかし、そのプロセスには通常、数十年、あるいは数世紀もかかる。トウモロコシのような栽培作物を考えてみると、野生の祖先とはあまり似ていない。そして、正確な最終結果を制御することはほぼ不可能だ。

ボンガード氏は、まったく新しい生物を作り出すことは、多くの倫理的問題を引き起こすことを認めている。たとえ、これらの生物が人間が理解しているような思考や感情を持つことができないとしてもだ。同氏は、技術が発展するにつれ、最終的にはゼノボットが倫理的に扱われるようにするための規制を策定する必要があるかもしれないと述べている。

しかし、「それらは、通常考える意味では生きているわけではない」とアダミ氏は指摘する。「これらは刺激を受けて反応する組織なのです。」

ロボットに何が起こるのか、そしてロボットが細胞の働きについて何を教えてくれるのかはまだ分からない。レビンが最も興味を持っているのは、細胞がどのようにコミュニケーションするかを研究することだ。「生物学の観点から見た全体像は、個々の細胞がどのように協力し、どのような体を作るかをどのように決定するかを理解することです」とレビンは言う。「これはまさにサンドボックスです。」

細胞間コミュニケーションを理解することは、生物科学の将来にとって不可欠になるだろう、と彼は言う。「私たちは基本的に、1940 年代のコンピューター サイエンスの時代に戻っています。当時は、何かを再プログラムするには、配線を動かしてハードウェアを再プログラムする必要がありました」と彼は言う。この場合、それは遺伝子工学を意味します。「私たちはソフトウェアをより深く理解する方向に進んでいかなければなりません。」

しかし、そのためには、細胞のより細かい物理的制御の開発が必要になるかもしれないとアダミ氏は言う。現時点では、チームはゼノボットを物理的に構築する必要があり、最終的にはプロセスを自動化したいと考えているものの、そのような生物を単純に 3D プリントする技術はまだ遠いとアダミ氏は言う。

「これらは胚です。とても小さいです。皆さんが望むレベルでこれを行うための機械が実際にあるとは思えません」とアダミ氏は言う。

しかし、たとえ数が少なかったとしても、これらの微小な生物は、細胞がどのように形成されるかについて重要な情報をもたらす可能性がある。