Biobots: Impresión 3D y células musculares: la fórmula de los nuevos robots vivos | Ciencia
Un grupo de investigadores españoles del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) ha desarrollado una nueva generación de biobots (robots con una parte de su anatomía artificial y otra formada por células) con capacidad de autoentrenamiento, natación y movimiento 791 veces más rápido que la generación actual. Las aplicaciones futuras de estos robots pueden abrir numerosas puertas en campos como la administración de fármacos, el desarrollo de prótesis o la limpieza ambiental.
Estos pequeños robots, de poco más de un centímetro de largo, tienen un esqueleto en su interior hecho con una impresora 3D. Este esqueleto, elaborado con un polímero llamado PDMS, «es lo suficientemente débil como para poder comprimirlo y al mismo tiempo elástico para devolver esa fuerza», dice Samuel Sánchez, investigador ICREA del IBEC y uno de los líderes del proyecto junto a María Giux. . Es la primera vez que se incluye una estructura de este tipo en un sistema de robótica suave viviente.
La asimetría de su arquitectura es lo que le permite moverse. Cuando las células musculares se contraen (con estímulos o de forma autónoma), la parte más débil de este esqueleto cede y se produce el movimiento. «Es como un muelle», explica Sánchez. «Si fuera simétrico, cuando las células se contrajeran, el robot simplemente latiría», añade. Este movimiento crea un anillo que se reintroduce con la fuerza devuelta por el resorte, lo que hace que, además del movimiento, las células se ejerciten de forma independiente. Esto es lo que el equipo denominó «autoformación».
Un biobot nada a través de las contracciones en una prueba de laboratorio.
Estos nuevos biorobots pueden moverse a una velocidad de 3,32 cm / min (un caracol de jardín, por ejemplo, viaja a unos 83,2 cm / min). Pero no se limitan a desplazarse. Esta nueva generación también es capaz de desplazarse cuando está cerca del fondo de un contenedor. Los investigadores comparan estos movimientos del robot con los del pez cebra, que se caracterizan por fases de barajado en las que son empujados con fases de arrastre inercial.
Las células que rodean a este robot son células musculares vivas de ratones, pero la idea para el futuro es hacerlo con células humanas, algo en lo que ya están trabajando. Sánchez explica: “La aplicación a corto plazo es imprimir estas células musculares humanas y añadir principios activos anti-envejecimiento, para recuperar la fuerza muscular, mejorar la elasticidad, regeneración de músculos o fibras …”. Los usuarios potenciales son personas con distrofias musculares o músculos envejecidos. Según el mismo investigador, ya hay empresas y hospitales interesados en el proyecto, publicado recientemente en la revista Robótica científica.
Además, este descubrimiento mejorará los implantes médicos que se utilizan actualmente. “Un dedo humano tiene partes blandas y partes duras. Pero ahora un dedo artificial normalmente está rígido. Mañana podremos hacer prótesis híbridas, con partes blandas y rígidas ”, dice Sánchez. La idea es utilizar las células del paciente para evitar el rechazo, aunque la investigadora señala que aún quedan muchas pruebas por realizar para poder utilizarlo.
La idea a largo plazo es desarrollar las prótesis con las células del paciente para evitar el rechazo y la incompatibilidad.
A principios del año pasado, un equipo de investigadores estadounidenses con habilidades en bioingeniería reunió dos tipos de células de la rana de garras africana. Con la ayuda de una computadora, estos grupos de células se cortaron para aplicar diseños específicos, lo que permitió que las células se movieran en una determinada dirección. En este primer experimento, sin embargo, no había piezas de plástico.
Pese a tener estas células vivas, Sánchez frena la posible polémica bioética: «Empezamos a discutir con el biólogo del grupo si era un organismo vivo y llegamos a la conclusión de que está compuesto por células vivas, pero no se reproducirá». “Nace, crece y deja de funcionar”, resume.
Aunque ya se están realizando pruebas para aplicarlas, el equipo tiene tareas pendientes, como comprobar en qué medida le afectan los fármacos o reducir su tamaño. «Estamos integrando nanopartículas en la parte biológica para mejorar la comunicación celular y sensores en la parte artificial para poder detectar cuál es la fuerza externa», añade Sánchez. «Queremos incluir partículas magnéticas y tener control magnético externo, para que siempre se sepa dónde está este robot y sea capaz de llevarlo de un punto a otro».
Ricard Solé, investigador ICREA de la Universidad Pompeu Fabra, considera este avance como un importante paso adelante: “Los biorobots que han hecho amplían las posibilidades, porque usando solo la biología estás bastante limitado. En este sentido, la biología es un obstáculo porque decide por ti ”. El físico y biólogo también aprecia el diseño de la estructura plástica: “Los experimentos anteriores que hemos visto se han realizado con elementos más grandes. El diseño es muy fácil de reproducir en otras escalas y reducir su tamaño es cuestión de conseguirlo ”.
Solé no fija plazos para la aplicación real de esta nueva tecnología, aunque sí advierte del amplio abanico de oportunidades que ofrecen estos robots. “Todo está comenzando. El primer paso es demostrar que puede gestionar la materia viva. Este es el gran desafío ”, concluye.
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