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Muchas gracias. Antes de comenzar, una nota,
todas las tecnologías que vais a ver aquí ahora son reales.
Dicho lo cual
en primer lugar me gustaría contaros la historia sobre
esta eh... pequeña chica llamada Dana.
Ella es muy especial para mí por que es mi hija
y Dana nació con una afección en la pierna que requiere cirugías frecuentes
como la que uh... tuvo cuando estábamos en Boston
y eh... recuerdo haberla llevado a esa cirugía
y eh...
Recuerdo como ella estaba emocionada al principio
y entonces justo antes de que entrase a quirófano
la miré y ella tenía miedo, estaba un poco preocupada y
¿quién no? Las cirugías hoy son complicadas
y a menudo muy arriesgadas.
Ahora imaginemos unos años en el futuro, en el futuro cercano con suerte,
Dana llegará al hospital para su cirugía
y en lugar de ser preparada para la anestesia para el quirófano
el cirujano simplemente cojerá una jeringuilla y dentro de esa jeringuilla
hay millones de robots, máquinas diminutas
que serán inyectadas en el flujo sanguíneo de Dana.
Ellas autónomamente localizarán el lugar donde necesitan estar,
calmarán el tejido dañado,
eliminarán las células muertas,
y entonces...
estimularán y guiarán el crecimiento de células sanas entre huecos en los tejidos,
soltarán fármacos que alivien el dolor y reduzcan la inflamación
y mientras, Dana estará sentada en una silla
comiendose un bocadillo, leyendo un libro, pueda que el próximo
de la saga crepúsculo el cual podrá leer por que ya tendrá 16 entonces
y...(risas)
eh... cuando estos robots
hayan completado su trabajo, simplemente se desintegrarán
y desaparecerán de su flujo sanguíneo al día siguiente.
Estos nanobots han sido concebidos en los pasados 30 años
por gente como Eric Drexler, Robert Freitas y Ray Kuzweil.
Hoy voy a mostraros que estos robots existen
aquí en Israel.
Os voy a mostrar esta jeringuilla
que he traído de mí laboratorio.
Esta jeringuilla tiene en su interior 1 billón (1x10^12) de robots.
Estos robots miden cada uno cincuenta nanómetros
de largo como podéis ver en esta diapositiva bajo el microscopio.
Cincuenta nanómetros es 2000 veces mas fino que tu pelo
OK? Y... eh... Estos robots nacieron de hecho hace 3 años
en una investigación que hice con Shawn Douglas, ahora profesor en la UCSF.
Pero durante el pasado año y medio
en mi grupo en la Universidad Bar-Ilan
hemos estado desarrollando y probando robots para una variedad de
tareas médicas y terapéuticas.
Hemos inventado maneras de hacerlos seguros de usar
y no inmunogénicos.
Y hemos aprendido a ajustar su estabilidad en nuestro flujo sanguíneo
para procedimientos a corto o largo plazo
incluso procedimientos de varios días.
Así que para desempeñar procedimientos médicos y terápeuticos en nuestro cuerpo
con la más alta precisión,
necesitamos controlar moléculas.
Controllar moléculas es un desafío sencillo
para el moderno conocimiento científico.
OK? Hablemos por ejemplo sobre una clase de moléculas que conocemos como fármacos
A pesar del...
asombroso progreso hecho en las pasadas cuatro décadas
la manera de la que pensamos y usamos los fármacos
ha sido esencialmente inmutable
y es similar a hace doscientos años
cierto? Se oye sobre grandes empresas farmacéuticas
gastando grandes cantidades de dinero
buscando fármacos mejores y más seguros.
Intententos que suelen fracasar.
OK? pero,
buscar, digamos, un fármaco contra el cáncer más seguro,
mitad de ello, es un concepto que conlleva un error en si.
Por que buscar un fármaco anticancerígeno más seguro
es básicamente como buscar un arma que sólo mata gente mala
Nosotros no buscamos tales armas,
lo que hacemos es entrenar a soldados para que usen ese arma adecuadamente.
Por supuesto con fármacos no podemos hacer esto ya que es muy difícil,
pero hay cosas que podemos hacer con fármacos
por ejemplo, podemos poner fármacos
en partículas desde las que se difunden lentamente.
Podemos acoplar un fármaco a un vector
que lo lleva a algún otro lugar, pero eso no es control real.
Cuando estamos pensando sobre control, estamos pensando sobre
procesos en el mundo alrededor nuestro
y lo que ocurre cuando queremos controlar un proceso
que está más allá de nuestra capacidad como humanos,
es que simplemente conectamos ese proceso a un ordenador
y dejamos que el ordenador controle el proceso por nostros.
OK? Eso es lo que hacemos.
Pero obviamente no se puede hacer con fármacos por que
los fármacos son mucho más pequeños que los ordenadores tal y como los conocemos.
Un ordenador es de hecho mucho más grande,
es como 100 millones de veces más grande que cualquier molécula.
Nuestros nanobots, que estaban en la jeringuilla,
resuelven este problema porque son de hecho
ordenadores del tamaño de moléculas
y pueden interactuar con moléculas
y pueden controlar moléculas directamente,
así que pensad acerca todos esos
fármacos que han sido retirados del mercado
por ser excesivamente tóxicos
¿verdad?
No significa que no sean efectivos,
son asombrosamente efectivos,
simplemente son como armas disparando en todas direcciones,
pero en manos de un soldado bien entrenado
o un nanobot bien programado
usando todas los fármacos existentes
podríamos, hipotéticamente, matar cualquier enfermedad.
Así que podríamos no necesitar siquiera nuevos fármacos.
Ya tenemos fármacos asombrosos,
simplemente no sabemos como controlarlos, ese es el problema
y nuestros nanobots...
con suerte resolverán este problema y os mostraré cómo.
He aquí una pregunta interesante: "¿Cómo fabricamos
un robot del tamaño de una molécula?"
La respuesta más simple sería: podemos usar moléculas
para fabricar esta máquina.
Así que estamos usando moléculas, pero no estamos usando cualquier molécula.
Estamos usando la más bella y perfecta molécula del mundo, al menos en mi opinión,
la cual es el ADN.
Y de hecho todas las partes del robot,
todas las partes de nuestros nanorobots:
Partes móviles, ejes, cierres, chasis, software,...
todo está hecho a partir de moléculas de ADN.
Y la tecnología que nos permite hacer esto
tiene su origen hace treinta años en los trabajos pioneros de Nadrian Seeman,
culminando hace siete años en los trabajos de Paul Rothemund de Caltech,
que también ha aparecido en TED,
y que se ha llamado origami de ADN.
Ahora bien, en el origami de ADN no usamos un pedazo de papel,
usamos una única larga hebra de ADN
y la doblamos en virtualmente cualquier forma que queremos.
Por ejemplo estas formas, estas son realmente imágenes microscópicas
de formas del tamaño de moléculas que han sido dobladas a partir de ADN.
Así que la carita sonriente que veis aqui en el centro de la pantalla por ejemplo,
tiene un tamaño de cien nanómetros
y podemos hacer millones de ellas en unas pocas... en una simple reacción.
Desde 2006 varios investigadores, realmente talentosos ellos,
han estado expandiendo los límites de lo técnicamente posible en origami de ADN
y ahora tenemos una sorprendente variedad de formas y objetos que podemos fabricar
usando esta técnica.
Y estos desarrolladores también nos han dado herramientas de diseño por ordenador
que permiten a todo el mundo
de manera muy muy fácil el diseño de objetos a partir de ADN.
Así que estas herramientas CAD sorprendentemente
nos permiten centrarnos en la forma que queremos
olvidando el hecho que estas estructuras son ensablajes de moléculas.
Ésta es por ejemplo una forma que el ordenador puede convertir a moléculas de ADN.
y el resultado the este software CAD, como podéis ver,
es una hoja de cálculo con fragmentos de ADN
que puedes adjuntar en un mensaje y enviar a una compañia,
una de las dos docenas de compañías que hacen ADN por encargo y recibirás eso ADN's
varios días después en tu puerta
y cuando las recibas todo lo que necesitas hacer es mezclarlas de una determinada manera
y estos ladrillos moléculares se auto-ensamblarán
en millones de copias de la misma estructura que tú diseñaste usando el software CAD
el cual es gratis por cierto, puedes descargarlo gratis.
Echemos un vistazo a nuestros nanorobots.
Así es como lucen los nanorobots, está hecho de ADN como podéis ver
y parece una concha de almeja en la cual puedes poner carga.
Puedes cargar cualquier cosa que quieras, desde pequeñas moléculas, fármacos,
proteínas, enzimas, incluso nano-partículas. Virtualmente cualquier función
que las moléculas pueden desempeñar, puede ser cargada en el nanobot
y el nanobot puede ser programado para encender y apagar
estas funciones en ciertos lugares y ciertos momentos
así es como controlamos esas moléculas.
Este nanorobot en particular está en un estado apagado, esta cerrado, efectivamente
secuestra cualquier cosa, cualquier carga que pongas dentro,
de tal forma que no es accesible al exterior del robot,
por ejemplo, no puede atacar células o tejidos objetivo,
pero podemos programar el nanobot para que pase a un estado encendido
basándose en señales moleculares que encuentra en su entorno.
Así, programar los robots es virtualmente como ensamblar un cierre de combinación
usando discos que reconocen dígitos,
pero por supuesto en vez de dígitos nosotros ensamblamos discos que reconocen moléculas.
De esta manera estos robots pueden pasar de apagados a encendidos y cuando lo hacen
cualquier carga es ahora accesible,
pudiendo atacar células o tejidos objetivo,
u otros robots como veremos luego.
Tenemos robots que puden pasar de apagados a encendidos
y a apagados otra vez, podemos controlar su cinética de transición.
Podemos controlar que carga se hace accesible en cada momento.
Veámos por ejemplo como estos robots por ejemplo controlan un anticancerígeno
Lo que se puede hacer con estos nanobots es,
puedes poner el anticanceríceno más dañino que encuentres
en los robots, incluso un anticancerígeno
que ha sido retirado por su toxicidad excesiva
OK? Cuando el robot está cerrado
y los pones en tu mezcla de células sanas y células tumorales
no ocurre nada, ninguna célula se ve afectada, por que el robot
secuestra con seguridad esos fármacos.
Cuando abrimos los robots
todas las células mueren por que la carga dentro del robot ataca cualquier cosa a la vista.
Al final todas la células mueren. En este caso se trata de una molécula fluorescente
para ayudarnos a ver el resultado.
Pero cuando programamos nanobots que busquen específicamente células tumorales,
sólo las células tumorales
uh... sólo las células tumorales morirán por que
al robot no le importan las células transeúntes, las células sanas,
y no les hace ningún daño.
Y tenemos nanorobots en nuesro laboratorio que pueden atacar
diez tipos de cáncer y otros tipos de célula
y mi equipo expande este rango mensualmente.
Así son estos nanorobots y pasando a otro tema
los organismos en la naturaleza, como bacterias y animales
han aprendido temprano en la evolución que trabajar en un grupo coordinado
proporciona una ventaja
y unas capacidades mayores a las del individuo
y dado que estamos interesados en
procesos médicos muy complejos, características terapéuticas muy complejas
nos preguntábamos que podríamos hacer
si pudiesemos ingeniar comportamientos de enjambre artificiales
en nuestros nanobots y así poder tener grupos extraordinariamente grandes de nanobots.
¿Podemos enseñarles a comportarse como animales?¿Como insectos?
¿Y comó se hace esto? Así que la pregunta es interesante.
Se podría pensar que una manera de hacerlo sería
observar un enjambre natural como este banco de peces
y simular las dinámicas de todo el banco y entonces intentar escribir el código
en moléculas que por supuesto
imitasen el mismo comportamiento.
Esto es virualmente imposible. No es práctico.
Lo que hacemos es tomar un único pez o un único nanobot en nuestro caso
y diseñamos un conjunto de reglas de interacción muy básicas
y entonces tomamos este nanobot y hacemos mil millones de copias de él
y dejas que los comportamientos emerjan de ese grupo.
Permitidme mostraros algunos ejemplos de las cosas que ya podemos hacer.
Por ejemplo, de la misma forma que las hormigas
pueden cogerse de las manos y formar puentes físicos entre dos árboles
o dos partes alejadas del mismo árbol,
ya tenemos nanorobots que pueden alcanzarse entre si,
tocarse y agarrarse de las manos de tal manera
que forman puentes físicos.
Así, os podéis imaginar a estos robots
extendiéndose, formando puentes entre un extremo
y otro de un tejido dañado,
una médula espinal por ejemplo
o una pierna dañada en el caso de Dana, mi hija,
y una vez se han extendido sobre el hueco del tejido
pueden aplicar factores de crecimiento, como carga, y esos factores de crecimiento
estimulan y guían la regeneración de células a lo largo del hueco.
Ya hemos hecho eso y...
tenemos robots que pueden co-regularse entre sí, como hacen los animales en grupo
y esto es asombroso como podéis ver aquí,
puedes tener dos tipos de robot, Tipo-A y Tipo-B
que se regulan entre sí, de tal forma que "A" está activo
mientras "B" no lo está y viceversa.
Esto es muy bueno para terapias combinatorias.
Con terapias combinatorias tomamos varios fármacos ¿verdad?
y en ocasiones dos o más de estos fármacos
pueden colisionar y generar efectos secundarios,
pero aquí puedes poner un fármaco aquí, otro aquí
y los robots organizaran las actividades de manera que
un fármaco está activo, el otro no y pueden intercambiarse
y de esta manera dos o más fármacos pueden operar al mismo tiempo sin colisionar.
Otro ejemplo de lo que hemos hecho es "sentido de coro".
El "sentido de coro" es genial, es un compotamiento inspirado por las bacterias.
Significa que los nanorobots pueden contarse a si mismos
y pueden encenderse sólo cuando alcanzan un cierto tamaño de población.
Este es un mecanismo inventado por las bacterias en la evolución
y regulan comportamientos asombrosos basándose simplemente es su densidad de población.
Por ejemplo, bioluminescencia, este es uno de los ejemplos mejor estudiados
así que nuestros robots pueden contarse a ellos mismos y encenderse
sólo cuando alcanzan una cierta población que podemos programar.
Esto es genial porque es un mecanismo para programar que un fármaco
se active sólo cuando alcance cierta dosis
alrededor del objetivo, independientemente de la curva dosis-respuesta inherente.
Un último ejemplo que os voy a mostrar es computación,
estos nanobots pueden hacer computación.
¿Y cómo? Si piensas sobre tu ordenador en casa,
el procesador del ordenador is de hecho un enjambre gigante de transistores
En un núcleo i7 por ejemplo hay aproximadamente 800 millones de transistores
y están dispuestos para interactuar de manera que produzcan puertas lógicas
y estas puertas lógicas están dispuestas para interactuar produciendo computaciones.
Nosotros también producimos computación estableciendo interaciones entre nanorobots
que emulan puertas lógicas como véis aquí
y forman cadenas, y forman pares
y mi equipo en la Universidad Bar-Ilan ya ha desarrollado varias arquitecturas
de computación basadas en nanorobots interactivos
y para los prototipos
estamos usando animales, animales muy interesantes.
Estas son cucarachas,
son muy fáciles de manejar, son muy cucas,
son originarias de Sur América
y yo soy Sudamericano así que me siento identificado
[Risas]
Y em... lo que hacemos es inyectar robots en las cucarachas
y para ello por supuesto ponemos las cucarachas a dormir
¿Habéis intentado poner a una cucaracha a dormir?
Las ponemos en el congelador durante siete minutos
y se duermen
y podemos inyectarles estos nanobots
y en 20 minutos empiezan a correr, están felices.
Y esos robots,
mientras hacen eso, los robots leen moléculas
de las cucarachas
y escriben respuestas en forma de fármacos
activados en las células de esas cucarachas.
Así que podemos hacer, podemos ver que y ya hemos hecho, como podéis ver,
arquitecturas de nanorobots interactivos que pueden emular operadores lógicos
y puedes usarlos como partes modulares para construir cualquier tipo de ordenador universal que quieras
[....]
que pueden controlar múltiples fármacos simultáneamente
como resultado de biocomputación, esto es computacion universal en un animal vivo.
Ahora ya tenemos sistemas que tienen la capacidad de computación
de un ordenador de 8 bits como el Commodore 64.
Para asegurarnos que no perdemos control de los nanobots tras ser inyectados
mi equipo ha desarrollado nanorobots que llevan antenas.
Estas antenas están hechas de nano-partículas de metal.
Estas antenas permiten a los nanobots
responder a campos electromagnéticos aplicados externamente.
Así que estos nanorobots, esta versión de nanobots
pueden ser activados con la pulsación de un botón en un joystick
o por ejemplo usando un mando
como el de la Xbox o la Wii, si alguna vez habéis tenido la oportunidad de jugar con ellos,
y como podéis ver uno de mis estudiantes en el laboratorio configurando una app de Xbox
para controlar nanobots.
Por ejemplo podéis imaginar nanorobots siendo inyectados
a Dana, mi hija por ejemplo,
a el doctor puede guiar a esos robots
hacia el lugar, hacia la pierna y activarlos con un gesto con la mano.
Y ya podéis ver un ejemplo en el cual hemos tomado
células cancerosas y cargado robots con anticancerígenos
y activado el fármaco con un gesto,
y podemos matar células simplemente haciendo esto,
como podéis ver aquí.
Y lo interesante es que
dado que un mando como el de Xbox está conectado a internet
el mando realmente conecta a esos nanobots a la red
de tal forma que tienen su propia dirección IP
y pueden accederse desde un dispositivo remoto de la misma red
por ejemplo, el smartphone de mi doctor.
Así que ¿OK? Tal y como controlar un mando, se puede hacer.
Lo último que os voy a mostrar es, si miráis a vuestro cuerpo
veréis que cada tipo de célula, cada órgano, cada tejido,
tiene su propia firma molecular
y esto es equivalente a una dirección IP física hecha con moléculas
y si conoces esas moléculas
puedes usar esos nanobots para navegar por la Organism Wide Web, como la llamamos
y puedes programarlos para buscar pistas,
estas podrían ser por ejemplo ciertas moléculas entre las células,
y a su vez podrían, o recogerlas para su diagnóstico
o llevarlas a diferentes direcciones.
Y ya tenemos robots que pueden interceptar
señales entre las células
y manipular toda una red de comunicaciones entre células
y esto es genial para controlar enfermedades complejas en las cuales muchos tipos de células
se comunican y orquestan para perpetuar una enfermedad.
Así que antes de finalizar me gustaría agradecer
a mi asombroso equipo en la Universidad Bar-Ilan
y a todos los colegas que han tomado parte en este viaje extraordinario.
Empezando por el Laboratorio de George Church en Harvard
y acabando hoy en la Universidad Bar-Ilan en la nueva facultad de Ciencias de la Vida
y realmente espero que
de aquí a entre uno y cinco años
seamos capaces de usar esto en humanos
y finalmente pueda emerger las sociedad de los nanobots.
Muchas gracias.