Impresi¨®n 3D y c¨¦lulas musculares: la f¨®rmula de los nuevos robots vivos

Un grupo de investigadores espa?oles del Instituto de Bioingenier¨ªa de Catalu?a (IBEC) ha desarrollado una nueva generaci¨®n de biobots (robots con una parte de su anatom¨ªa artificial y otra compuesta por c¨¦lulas) con capacidad para auto-entrenarse, nadar y moverse 791 veces m¨¢s r¨¢pido que la generaci¨®n actual. Las futuras aplicaciones de estos robots pueden abrir numerosas puertas en campos como la administraci¨®n de f¨¢rmacos, el desarrollo de pr¨®tesis o en la limpieza medioambiental.

Estos peque?os robots, de poco m¨¢s de un cent¨ªmetro de longitud, cuentan en su interior con un esqueleto fabricado con una impresora 3D. Este esqueleto, hecho con un pol¨ªmero llamado PDMS, ¡°es lo suficientemente d¨¦bil como para poder apretarlo y a la vez el¨¢stico para que devuelva esa fuerza¡±, cuenta Samuel S¨¢nchez, investigador ICREA en el IBEC y uno de los l¨ªderes del proyecto junto a Mar¨ªa Giux. Es la primera vez que se incluye una estructura de este tipo en un sistema vivo de rob¨®tica blanda.

La asimetr¨ªa de su arquitectura es lo que le permite desplazarse. Al contraerse las c¨¦lulas musculares (bien con est¨ªmulos o bien de forma aut¨®noma), la parte m¨¢s d¨¦bil de este esqueleto cede y se produce el movimiento. ¡°Es como un muelle¡±, explica S¨¢nchez. ¡°Si fuera sim¨¦trico, al contraerse las c¨¦lulas, el robot solo latir¨ªa¡±, a?ade. Este movimiento crea un bucle que se retroalimenta con la fuerza que le devuelve el muelle, lo que provoca, adem¨¢s del movimiento, que las c¨¦lulas se ejerciten de forma independiente. Es lo que el equipo ha llamado ¡°autoentrenamiento¡±.

Biorobot nadando en una prueba de laboratorio

Estos nuevos biorobots pueden moverse a una velocidad de 3,32 cm/min (un caracol de jard¨ªn, por ejemplo, recorre 83,2 cm/min aproximadamente). Pero no se limitan solo a desplazarse. Esta nueva generaci¨®n tambi¨¦n es capaz de deslizarse cuando se encuentran cerca del fondo de un recipiente. Los investigadores comparan estos movimientos del robot con los de los peces cebra, que se caracterizan por mezclar fases en las que se impulsan con fases de dejarse llevar por la inercia.

Las c¨¦lulas que rodean este robot son c¨¦lulas musculares vivas provenientes de ratones, pero la idea a futuro es hacerlo con c¨¦lulas humanas, algo en lo que ya est¨¢n trabajando. S¨¢nchez explica: ¡°La aplicaci¨®n a corto plazo es imprimir estas c¨¦lulas musculares humanas y a?adirle principios activos antienvejecimiento, para recuperar la fuerza muscular, mejorar la elasticidad, la regeneraci¨®n muscular o de las fibras ¡­¡±. Los potenciales usuarios son personas con distrofias musculares o con m¨²sculos envejecidos. Seg¨²n el propio investigador, ya hay empresas y hospitales interesados en el proyecto, publicado recientemente en la revista Science Robotics.

Adem¨¢s, este descubrimiento permitir¨¢ mejorar las pr¨®tesis m¨¦dicas que se utilizan actualmente. ¡°Un dedo humano tiene partes blandas y partes r¨ªgidas. Pero ahora un dedo artificial normalmente es r¨ªgido. El d¨ªa de ma?ana podremos hacer pr¨®tesis h¨ªbridas, con partes blandas y partes r¨ªgidas¡±, dice S¨¢nchez. La idea es utilizar las propias c¨¦lulas del paciente para evitar rechazos, aunque el investigador resalta que para poder darle este uso es necesario realizar muchas pruebas todav¨ªa.

La idea a largo plazo es desarrollar las pr¨®tesis con las propias c¨¦lulas del paciente para evitar rechazos e incompatibilidades

A principios del a?o pasado, un equipo de investigadores estadounidenses con conocimientos de bioingenier¨ªa ensambl¨® dos tipos de c¨¦lulas de la rana de u?as africana. Con ayuda de un ordenador, se recortaban estas agrupaciones de c¨¦lulas para aplicar unos dise?os concretos, que hac¨ªan que las c¨¦lulas pudiesen moverse en una direcci¨®n determinada. En este primer experimento, sin embargo, no exist¨ªa ninguna pieza pl¨¢stica.

A pesar de contar con estas c¨¦lulas vivas, S¨¢nchez ataja la posible controversia bio¨¦tica: ¡°Empezamos a debatir con la bi¨®loga del grupo si era un organismo vivo y llegamos a la conclusi¨®n de que est¨¢ compuesto de c¨¦lulas vivas, pero no se va a reproducir¡±. ¡°Nace, crece y deja de funcionar¡±, resume.

Aunque ya se est¨¢n realizando pruebas para aplicarlos, el equipo tiene tareas pendientes, como comprobar en qu¨¦ medida le afectan los f¨¢rmacos o reducir el tama?o. ¡°Estamos integrando nanopart¨ªculas en la parte biol¨®gica para mejorar la comunicaci¨®n celular y sensores en la parte artificial para poder detectar cu¨¢l es la fuerza externa¡±, agrega tambi¨¦n S¨¢nchez. ¡°Queremos incluir part¨ªculas magn¨¦ticas y tener control magn¨¦tico externo, para que se sepa en cada momento donde est¨¢ este robot y poder llevarlo de un punto a otro¡±.

Ricard Sol¨¦, investigador ICREA en la Universidad Pompeu Fabra, considera este avance como un importante paso hacia adelante: ¡°Los biorobots que han hecho ampl¨ªan las posibilidades, porque utilizando solo la biolog¨ªa est¨¢s bastante limitado. En este sentido, la biolog¨ªa es un obst¨¢culo porque ella decide por ti¡±. El tambi¨¦n f¨ªsico y bi¨®logo pone en valor el dise?o de la estructura pl¨¢stica: ¡°Los experimentos previos que hemos visto se hac¨ªan con elementos m¨¢s grandes. El dise?o es muy f¨¢cil de reproducir en otras escalas y reducir el tama?o es cuesti¨®n de ponerse¡±.

Sol¨¦ no pone plazos a la aplicaci¨®n real de esta nueva tecnolog¨ªa, aunque avisa del gran abanico de oportunidades que ofrecen estos robots. ¡°Todo est¨¢ empezando. El paso inicial es demostrar que puedes manejar la materia viva. Ese es el gran reto¡±, remata.

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