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Designte Organismen: Eine Biomaschine zum Selbstbauen

Dieser Zellhaufen sieht aus wie jeder andere Haufen Zellen. Doch sein Bauplan entstand am Computer. Ziel der Forscher: Winzige Maschinen aus biologischem Gewebe.
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Mutter Natur und Vater Computer

Vom Computer designt, von Forschern gebaut: Dieser Zellhaufen ist gerade einmal ein Millimeter groß, kann sich aber dank seines cleveren Aufbaus von selbst fortbewegen. Wie man ein solches Ding erschafft und warum, erläutert ein Team um Josh Bongart von der University of Vermont in Burlington in den aktuellen »Proceedings of the National Academy of Sciences«.

Den Forschern geht es darum, miniaturisierte Maschinen zu bauen, die etwa im menschlichen Körper bestimmte Aufgaben übernehmen. Man denke, wie so oft in solchen Fällen, an das präzise Verabreichen von Medikamenten. Anders als die meisten Kunstmaterialien seien jene Gewebehaufen anerkanntermaßen körperverträglich und noch dazu biologisch abbaubar. Vieles spricht also dafür, sich bei der Natur zu bedienen. Die Wissenschaftler haben den kleinen Schwimmer mit Mikrozangen aus einem Krallenfroschembryo herausgeschnitzt; seine Bewegungsfähigkeit verdankt er Herzmuskelzellen, die auch ohne Nervensystem in einem koordinierten Rhythmus zucken. In einer flüssigen Umgebung würden die Zellen einige Tage oder Wochen am Leben bleiben, selbst ohne weitere Pflege, schreiben die Forscher.

Das Design überließen Bongart und Co jedoch lieber dem Computer. Dieser puzzelte zunächst zahlreiche zufällig konstruierte Zellhaufen zusammen und testete in einer Simulation, wie sie sich verhalten. Anschließend variierte er die Baupläne der Maschinen, die sich am weitesten fortbewegt hatten, für die nächste Generation von simulierten Maschinen – und so fort, bis die Wissenschaftler mit dem Resultat jener künstlichen Evolution zufrieden genug waren, um einen Versuch in vitro zu wagen. Mit der Designpipeline, die sie in ihrer Veröffentlichung detailliert beschreiben, könnte man solche Biomaschinen künftig nahezu automatisiert herstellen – »nahezu«, wie sie selbst einräumen, denn der eigentliche Bau des Zellhaufens erfolgt bis auf Weiteres per Hand.

03/2020

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 03/2020

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