Winzige biologische Maschinen aus Froschzellen
Eine neue Generation von biologischen Robotern aus Froschstammzellen kann sich selbst replizieren. In Zukunft könnten solche Bots Wirkstoffe im Körper transportieren oder Umweltverschmutzungen beseitigen. Das schreibt das Innovationsmagazin Technology Review in der aktuellen Ausgabe 4/2022, die sich dem Schwerpunkt Synthetische Biologie widmet.
„Die Synthetische Biologie könnte zur Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts werden“, schreibt Luca Caracciolo, Chefredakteur von Technology Review im Editorial. „Denn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der ganzen Welt beobachten biologische Systeme nicht mehr nur, sie manipulieren sie direkt mit Ingenieursmethoden. Damit verändern sie den Code des Lebens und schreiben ihn in gewisser Weise neu.“
Forscherteams der US-amerikanischen Universitäten Vermont und Tufts beispielsweise wollen aus Zellen winzige biologische Maschinen bauen, die eines Tages Wirkstoffe zustellen oder Mikroplastik in den Weltmeeren einsammeln können. Nach ihrem Einsatz sollen sie biokompatibel und umweltfreundlich zerfallen.
Für diese Zukunftsvision experimentieren die Wissenschaftler mit lebendigen Froschzellen, die sie Xenobots nennen. Der Name spielt auf die Herkunft der Stammzellkügelchen an. Sie bestehen aus Hautstammzellen von Embryos des Krallenfrosches Xenopus laevis. Entfernt man die Zellen aus ihrem angestammten Biotop und setzt sie in eine Kochsalzlösung, zeigen sie neue Verhaltensweisen: Zu Tausenden schließen sie sich selbstständig zu einem Xenobot zusammen.
Beim Zusammenballen der Zellen, ihrer Heranreifung zu einem aktiven Verbund und dem Entstehen des neuen Verhaltens spielen laut Michael Levin, Forschungsgruppenleiter und Direktor des Allen Discovery Centers an der Tufts University, wohl auch „elektrische, chemische und biomechanische Signale“ eine Rolle. Der Entwicklungsbiologe ist überzeugt, dass die Embryonalentwicklung nicht allein genetisch gesteuert wird. Vielmehr sei die embryonale Genregulation von einer Art bioelektrischen Steuerung überlagert. Dabei kommunizierten Zellen über elektrische Signale miteinander.
Bei der nächsten Xenobot-Baureihe wollen sich die Forscher auf die sinnesgesteuerte Fortbewegung konzentrieren. Xenobots sollen sich gezielt auf einen entfernten Reiz wie eine Lichtquelle zu- oder von ihm wegbewegen. Damit wäre ein weiterer Zwischenschritt zum biologischen Roboter erreicht.
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- TR 04/2022