Pasos Significativos Hacia la Inteligencia Organoide que se Están Tomando

Inteligencia Artificial (IA) se ha convertido en un término familiar en el mundo tecnológico actual, moldeando numerosos aspectos de nuestra vida diaria. Sin embargo, está surgiendo una nueva frontera en el ámbito de la ciencia: la Inteligencia Organoide (OI), que aunque no es tan reconocida como la IA, posee un potencial notable. Pero, ¿qué es exactamente la Inteligencia Organoide y por qué está atrayendo la atención en los círculos científicos?

The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) define la Inteligencia Organoide como un “esfuerzo colectivo para promover el uso de organoides cerebrales — pequeñas masas esféricas de tejido cerebral cultivadas a partir de células madre — para cómputo, investigación de fármacos y como modelo para estudiar a pequeña escala cómo podría funcionar un cerebro completo”.

La organización también señala dos investigaciones revolucionarias que han hecho posible el desarrollo de organoides. Llegaremos a esas investigaciones en breve. Pero antes, profundizaremos en comprender lo que la comunidad científica piensa sobre el potencial de la Inteligencia Organoide.

Un equipo preocupado de investigadores cree que los sistemas de biocomputación basados en OI permitirán una toma de decisiones más rápida. Ayudarán a aprender de forma continua durante las tareas e introducirán una mayor eficiencia energética y de datos en el proceso. También ayudarían a comprender la fisiopatología detrás de enfermedades del desarrollo y degenerativas gravemente dañinas, como la demencia. Lógicamente, también contribuirán al tratamiento de estas enfermedades al identificar nuevos enfoques terapéuticos.

Dada la inmensa capacidad de la OI para hacer el bien, se están tomando múltiples pasos significativos hacia la Inteligencia Organoide (OI). Los examinaremos en los próximos segmentos. Pero comenzaremos con los dos estudios revolucionarios sobre el desarrollo de organoides que ya hemos mencionado.

Organoides Derivados de Células Madre Pluripotentes Inducidas

Los organoides derivados de IPSC surgieron en las discusiones durante la pandemia de COVID-19. Un artículo científico detalló organoides derivados de IPSC de vías respiratorias, cerebrales, intestinales, hepáticos, de vasos sanguíneos, renales, del oído interno, etc. Dada esta variedad, nuestra discusión se centrará ahora específicamente en la parte de los organoides cerebrales.

El artículo enumera tres puntos cruciales: 

• Por primera vez, los científicos desarrollaron organoides cerebrales usando la diferenciación espontánea de cuerpos embrionarios (EBs).
• Los primeros organoides cerebrales eran altamente heterogéneos.
• La heterogeneidad llevó a los investigadores a desarrollar organoides cerebrales específicos de regiones al influir en vías de señalización específicas.

Otra investigación que ayudó al desarrollo de organoides se centró en técnicas de cultivo celular 3D.

Cultivo Celular 3D

La motivación para desarrollar técnicas de cultivo celular 3D surgió de las deficiencias observadas al cultivar células en dos dimensiones. Las prácticas y métodos de cultivo celular bidimensional no logran reproducir la anatomía o fisiología del tejido para estudios informativos o útiles.

Las técnicas de cultivo celular 3D, por otro lado, se acercan más a la fisiología animal y humana. A medida que maduren, ayudarán a diseñar y desarrollar co-cultivos. Estas técnicas podrían resultar útiles en la ingeniería de tejidos para entrega clínica y en el desarrollo de modelos para pruebas de fármacos.

Tales avances en el cultivo celular 3D también son fundamentales en la investigación sobre organoides derivados de IPSC y la inteligencia organoide. Las IPSC, por ejemplo, pueden desarrollarse en cualquier célula del cuerpo de un animal.

Las técnicas de cultivo 3D y los métodos de andamiaje 3D, específicamente, ayudan a los biólogos a cultivar tejidos neuronales derivados de IPSC de forma vertical y horizontal, allanando el camino para desarrollar las redes inter-neuronales observadas en el cerebro de un animal.

Replicar esta red intrincada ayuda a profundizar en la inteligencia organoide y a desarrollar métodos más sofisticados.

Computación de Reservorio con Organoides Cerebrales para IA

Investigación publicada en la revista Nature Electronics señala los logros registrados en hardware de computación inspirado en el cerebro que emula la estructura y los principios de funcionamiento del cerebro. Los investigadores creen que este desarrollo tiene el potencial de abordar las limitaciones actuales de la IA.

La investigación, en particular, reporta un enfoque de hardware de IA que aprovecha la computación de reservorio adaptativa de redes neuronales biológicas en un organoide cerebral. El enfoque se denomina Brainoware. Se basa en realizar cálculos enviando y recibiendo información del organoide cerebral a través de una matriz de multielectrodos de alta densidad.

Síntesis de Semiconductores Orgánicos: Abriendo Nuevos Horizontes para Dispositivos Electrónicos Supereficientes

Un equipo de investigadores del Departamento de Química de UNIST facilitó el espacio para abrir aún más oportunidades de innovación, logrando un avance en la síntesis de semiconductores orgánicos. Los investigadores reportaron la síntesis y caracterización de un derivado de antraceno B2N2 con una unidad BNBN formada al convertir la unidad BOBN en el borde en zigzag. Se espera que los hallazgos ayuden a desarrollar ancenos más grandes con múltiples unidades BN que tendrán muchas aplicaciones en la electrónica orgánica.

Según Songhua Jeong, el primer autor de este estudio:

“Nuestro estudio sobre el antraceno, un tipo de anceno ampliamente reconocido como semiconductor orgánico, ha sentado las bases para futuros avances en el campo.”

El Sr. Jeong añadió: 

“El enlace BN continuo sintetizado mediante esta investigación tiene un gran potencial para aplicaciones en semiconductores orgánicos.”

Con investigaciones diversas que abren vías para que la Inteligencia Organoide prospere, los expertos en este campo afirman que la inteligencia organoide podría llegar a ser lo suficientemente poderosa como para alimentar nuestras computadoras en el futuro.

Ya no parece irreal un futuro en el que células cerebrales cultivadas en laboratorio almacenen y recuperen grandes cantidades de datos con menores demandas energéticas. Con una mayor ampliación, estas soluciones podrían incluso desarrollar una conciencia para pensar o sentir por sí mismas.

Inteligencia Organoide: Talleres y Financiamiento

Se están llevando a cabo diversos esfuerzos para profundizar en el potencial de la inteligencia organoide.

Entre el 22 y 24 de febrero de 2022, la Universidad Johns Hopkins organizó el primer taller de Inteligencia Organoide. El objetivo era formar una comunidad OI y establecer la base para consolidar la OI como una nueva disciplina científica. La motivación del taller surgió de la creencia de que la OI podría alterar radicalmente la computación, la investigación neurológica y el desarrollo de fármacos.

Una mayor validación del potencial de la OI llegó cuando la Dirección de Ingeniería de la National Science Foundation de EE. UU. planificó una nueva área para el programa Emerging Frontiers in Research and Innovation (EFRI) en el año fiscal 2024, denominada ‘Engineering Organoid Intelligence.’

La NSF es conocida por apoyar la investigación científica y de ingeniería y a las personas relacionadas, proporcionando instalaciones, instrumentos y financiación. La NSF tuvo un presupuesto de 9.5 mil millones de dólares en el año fiscal 2023. Estos fondos llegan a los cincuenta estados de EE. UU. mediante subvenciones otorgadas a casi 2,000 colegios, universidades e instituciones.

El tema ‘Engineering Organoid Intelligence’ está dirigido a apoyar la investigación fundamental sobre el desarrollo de biocomputadoras diseñadas mediante organoides cerebrales. La NSF cree que los cultivos de organoides pronto tendrán interfaces con la electrónica para proporcionar entradas y exportar salidas a sistemas digitales externos.

Además de universidades, instituciones de investigación y departamentos gubernamentales, muchas empresas han adoptado la causa de avanzar la inteligencia organoide. Ahora examinaremos algunas de esas compañías y sus iniciativas.

#1. Final Spark

Fundada por Martin Kutter y Fred Jordan en 2014 y con sede en Suiza, Final Spark promueve procesadores de chips biológicos que consumen mucho menos energía.

Según afirma la startup, ya ha probado 10 millones de neuronas en su esfuerzo por construir máquinas pensantes a partir de neuronas humanas vivas derivadas de la piel.

La startup está aprovechando técnicas sofisticadas de cultivo celular para demostrar la capacidad de cómputo autosostenible para la creación de futuros modelos de IA.

#2. BiologiC y NVIDIA

BiologiC Technologies, una empresa con sede en Cambridge, Reino Unido, es conocida por sus biocomputadoras, que la compañía define como una “plataforma de bioprocesamiento automatizada, programable y reconfigurable para múltiples aplicaciones biológicas”.

La arquitectura de hardware patentada de la solución tiene cuatro módulos principales: 

• El núcleo de enrutamiento avanzado ayuda a transportar líquidos y biogases a través del sistema.
• El bloque de entrada y salida ayuda a controlar la carga de materias primas y la salida del bioproducto final.
• El modelo BPU ayuda con actividades de bioprocesamiento como el crecimiento celular, la transcripción in vitro, etc.
• Finalmente, el módulo central de sensores ayuda con la monitorización en tiempo real del entorno del bioproceso.

El 13 de marzo de 2023, BiologiC Technologies se unió a NVIDIA (NVDA ) Inception, un programa que ayudará a BiologiC a integrar computación perimetral e IA en sus biocomputadoras. Esta integración eventualmente permitirá que las biocomputadoras de BiologiC aporten mejoras revolucionarias en sus instalaciones de procesamiento biológico y reduzcan la amenaza de enfermedades de manera sostenible, accesible y asequible.

Según la información disponible, CPI Enterprises invirtió en BiologiC. CPI invierte en tecnologías profundas de alto potencial para que las empresas escalen rápidamente, desempeñando el doble papel de inversor y proveedor de soporte técnico.

Según Frank Millar, director ejecutivo de CPI: 

“Habiendo colaborado estrechamente durante un período prolongado, estamos impresionados por la velocidad de ejecución y la tracción comercial de BiologIC. Vemos fuertes ventajas en el sistema de bio‑computadora de BiologIC y la capacidad de aumentar la productividad del bioproceso en relación con la competencia del sector.”

El 21 de noviembre de 2023, NVIDIA informó ingresos para el tercer trimestre que finalizó el 29 de octubre de 2023, de 18.12 mil millones de dólares, un aumento del 206% respecto al año anterior y un 34% respecto al trimestre anterior.

#3. BioMap y MBUZAI: Esfuerzos Conjuntos para Crear un Laboratorio de Biocomputación 

El 14 de marzo de 2023, BioMap estableció una colaboración estratégica con la Universidad Mohamed bin Zayed de Inteligencia Artificial (MBZUAI) para introducir el primer laboratorio de investigación en innovación de biocomputación en el Medio Oriente y abordar las necesidades de los escenarios de ciencias de la vida en la región.

La cooperación explorará el modelo de bio‑computación multimodal de BioMap, xTrimo (Representación Transformadora Multimodal del Interactoma y Multi‑Ómicas), para lograr modelos de ciencias de la vida a gran escala en generación de proteínas, predicción de estructuras de proteínas, predicción de funciones celulares y otras tareas de ciencias de la vida.

El enfoque se centrará en lograr avances en proteínas generadas por IA (AIGP) para ayudar con la necesidad del Medio Oriente en salud médica, diseño de fármacos, energía y protección ambiental.

Además del diseño de proteínas, las capacidades de BioMap también ayudarán a lograr una fuerte caracterización celular, modelado preciso por primera vez de células inmunes y más.

Co‑fundada por el CEO de Baidu, Robin Li, BioMap ayuda a combinar IA de primera clase y capacidades biotecnológicas para combatir los problemas más cruciales en la industria de ciencias de la vida, como el descubrimiento de objetivos, el diseño de fármacos de novo y la optimización de enzimas.

La startup china de computación biológica recaudó más de US$100 millones en financiación Serie A, según informes publicados en agosto de 2021. La ronda fue liderada por CGV Capital. Otros inversores incluyeron a Baidu, Legend Capital, Bluerun Ventures y Xianghe Capital.

¿Hacia Qué Dirección se Dirige la OI?

Sin duda, la OI ha capturado la imaginación de la comunidad científica. Empresas tecnológicas sofisticadas y mentes brillantes también están invirtiendo recursos. Sin embargo, cómo se configurará el futuro de la OI dependerá de algunos aspectos cruciales relacionados con su naturaleza de desarrollo.

El éxito de la OI como innovación tecnológica revolucionaria dependerá de cuán rápida, eficiente y poderosa pueda llegar a ser en comparación con la computación basada en silicio y la IA. Además, los estándares mejorados de velocidad, eficiencia y potencia deberán requerir menos energía para que sea más atractiva y rentable.

En el futuro, la OI deberá volverse verdaderamente multidisciplinaria, ya que es un ejercicio altamente complejo y delicado escalar los organoides cerebrales actuales a estructuras 3D duraderas. Estas estructuras estarán llenas de células y genes que ayudarán a los humanos a aprender cosas nuevas y complejas.

Además, idear las biocomputadoras ideales requerirá conectar estos organoides con dispositivos de entrada y salida de vanguardia, particularmente electrónicos equipados con sistemas de IA y aprendizaje automático de alta gama.

Los investigadores del campo creen que existe una gran necesidad de modelos, algoritmos y tecnologías de interfaz nuevos y sofisticados para establecer una comunicación efectiva y significativa con estos organoides cerebrales. Para que la salida sea de primera categoría, los creadores deben comprender cómo aprenden, calculan, procesan y almacenan los datos.

El alcance de los datos, como ya se ha evidenciado, será masivo e inmenso en volumen.

En el período intermedio, la investigación de la OI también ayudará a mejorar nuestra comprensión de cómo funciona el cerebro y su profunda y compleja red neurológica. Estos conocimientos ayudarán a tratar mejor a los pacientes que padecen enfermedades neurológicas.

Finalmente, replicar las capacidades de un cerebro humano en un entorno de laboratorio podría convertirse en un logro con consecuencias colosales. El potencial de uso indebido podría ser significativamente alto. Por lo tanto, desde los primeros días, la comunidad científica debe asegurar que la investigación y el desarrollo en torno a la OI permanezcan muy sensibles a los sistemas éticos de nuestra sociedad. El marco ético debe ser, como mínimo, un paradigma definitorio para que la OI prospere en el futuro.

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