Des « robots » faits de cellules vivantes sont améliorés avec leur propre système nerveux

Des robots biologiques dotés d’un cerveau

Une équipe de biologistes du développement de l’Université Tufts, dans le Massachusetts, a franchi une nouvelle étape dans la création de formes de vie synthétiques. Ils ont mis au point des « neurobots », de petits amas de cellules capables de se déplacer en nageant dans l’eau. Ces entités sont entièrement constituées de cellules embryonnaires et de tissu nerveux provenant de grenouilles.

Cette avancée s’appuie sur des travaux antérieurs menés par le même groupe de recherche. Dirigée par Michael Levin, l’équipe avait déjà fait parler d’elle en 2020 en annonçant la création de ce qu’ils avaient alors appelé des « robots biologiques », ou biobots. Ces premières versions étaient fabriquées à partir de cellules de la grenouille à griffes africaine, dont le nom scientifique est Xenopus laevis.

De la reptation à la réplication

Les premières créations du laboratoire de Michael Levin n’étaient déjà pas inertes. Ces biobots originels démontraient plusieurs capacités étonnantes. Ils pouvaient notamment ramper le long de surfaces et même se répliquer. Pour ce faire, ils rassemblaient des cellules flottant librement autour d’eux pour former de nouveaux biobots, un processus qu’ils pouvaient répéter jusqu’à quatre générations successives.

Forts de ce succès, les chercheurs ont décidé d’aller plus loin. Leur nouvelle expérience consistait à intégrer des cellules nerveuses dans la composition de ces biobots. L’objectif était clair : observer quels nouveaux comportements cette addition neuronale pourrait débloquer et comment elle transformerait ces agrégats cellulaires.

Comment fabriquer un neurobot ?

Le processus de construction de ces neurobots est précis. Les scientifiques ont prélevé du tissu cutané en développement sur des embryons de grenouille. Ils y ont ensuite ajouté des cellules précurseurs neurales, issues d’un autre groupe d’embryons. Peu de temps après cette combinaison, les cellules de la peau se sont organisées pour former une structure sphérique, emprisonnant en leur sein les cellules nerveuses.

Cette nouvelle structure a alors développé à sa surface un type de cellule spécifique appelé cellule multiciliée (MCC). Ces cellules existent naturellement à la surface des embryons de Xenopus. Elles sont recouvertes de minuscules « poils » de protéines qui, en ondulant, agissent comme des rames pour propulser le neurobot dans son environnement liquide.

Michael Levin, dans un communiqué, replace cette expérience dans un contexte plus large : « Tout ceci renvoie à des questions très fondamentales […], à savoir si un système nerveux peut se développer dans un contexte entièrement nouveau qui n’est pas le produit de millions d’années de sélection naturelle et, si oui, comment il se rapporte à cet environnement biologique synthétique et fonctionne en son sein, ou même comment il modifie et augmente ses réponses et ses comportements. »

Plus complexes, plus actifs, plus allongés

L’ajout de tissu nerveux n’a pas été sans conséquences. Haleh Fotowat, première auteure de l’étude, a détaillé les changements observés. « L’intégration d’un système nerveux remodèle la forme (morphologie) et la fonction du neurobot », explique-t-elle dans le même communiqué. « Par rapport aux biobots, les neurobots sont plus allongés, présentent des modèles d’expression des MCC distincts, affichent une activité accrue et des comportements spontanés plus complexes, et subissent des changements substantiels dans l’expression globale des gènes. »

Les chercheurs ont également constaté que les neurobots effectuaient des mouvements bien plus élaborés que les biobots standards. Pour pousser l’expérimentation plus loin, ils ont traité ces neurobots avec un médicament connu pour stimuler l’activité neuronale. Le résultat a confirmé leurs hypothèses : la complexité de leurs mouvements a encore augmenté.

Une nouvelle vision de la vie… et des doutes

Pour Michael Levin, ces neurobots et biobots représentent bien plus qu’une curiosité de laboratoire. Il les considère comme un « nouveau paradigme pour la vie ». Ces expériences démontreraient comment des cellules, partageant pourtant le même code génétique qu’une grenouille, peuvent adopter des comportements radicalement différents lorsqu’elles sont placées dans un nouveau contexte. Il espère aussi que ces créations pourraient, un jour, avoir des applications médicales. Une précédente expérience du groupe avait d’ailleurs montré que des biobots, fabriqués cette fois à partir de cellules humaines, pouvaient accélérer la régénération de cellules nerveuses à travers une lésion.

Cependant, tout le monde ne partage pas cet enthousiasme, notamment concernant l’utilisation du terme « robot ». Pour certains, il n’est pas si surprenant que des structures dérivées d’embryons de grenouille possèdent de telles capacités motrices. En 2023, le biologiste du développement Jamie Davies, de l’Université d’Édimbourg en Écosse, avait résumé ce scepticisme pour le magazine Scientific American : « Dans l’ensemble, la communauté des spécialistes de l’embryon de Xenopus qui connaît ces cellules ne voyait pas vraiment où était le problème. »

L’étude détaillant ces nouvelles avancées a été publiée dans la revue scientifique Advanced Science.

Selon la source : iflscience.com