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Impresión 3D y células musculares: la fórmula de los nuevos robots vivos

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 compuesta por células) con capacidad para auto-entrenarse, nadar y moverse 791 veces más rápido que la generación actual. Las futuras aplicaciones de estos robots pueden abrir numerosas puertas en campos como la administración de fármacos, el desarrollo de prótesis o en la limpieza medioambiental.

27 may 2021

Estos pequeños robots, de poco más de un centímetro de longitud, cuentan en su interior con un esqueleto fabricado con una impresora 3D. Este esqueleto, hecho con un polímero llamado PDMS, “es lo suficientemente débil como para poder apretarlo y a la vez elástico para que devuelva esa fuerza”, cuenta Samuel Sánchez, investigador ICREA en el 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 vivo de robótica blanda.

La asimetría de su arquitectura es lo que le permite desplazarse. Al contraerse las células musculares (bien con estímulos o bien 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, al contraerse las células, el robot solo latiría”, añade. Este movimiento crea un bucle que se retroalimenta con la fuerza que le devuelve el muelle, lo que provoca, además del movimiento, que las células se ejerciten de forma independiente. Es lo que el equipo ha llamado “autoentrenamiento”.

Un biobot nada mediante contracciones en una prueba de laboratorioIBEC

Estos nuevos biorobots pueden moverse a una velocidad de 3,32 cm/min (un caracol de jardín, por ejemplo, recorre 83,2 cm/min aproximadamente). Pero no se limitan solo a desplazarse. Esta nueva generación también 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 células que rodean este robot son células musculares vivas provenientes de ratones, pero la idea a 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 añadirle principios activos antienvejecimiento, para recuperar la fuerza muscular, mejorar la elasticidad, la regeneración muscular o de las fibras …”. Los potenciales usuarios son personas con distrofias musculares o con músculos envejecidos. Según el propio investigador, ya hay empresas y hospitales interesados en el proyecto, publicado recientemente en la revista Science Robotics.

Además, este descubrimiento permitirá mejorar las prótesis médicas que se utilizan actualmente. “Un dedo humano tiene partes blandas y partes rígidas. Pero ahora un dedo artificial normalmente es rígido. El día de mañana podremos hacer prótesis híbridas, con partes blandas y partes rígidas”, dice Sánchez. La idea es utilizar las propias células del paciente para evitar rechazos, aunque el investigador resalta que para poder darle este uso es necesario realizar muchas pruebas todavía.

La idea a largo plazo es desarrollar las prótesis con las propias células del paciente para evitar rechazos e incompatibilidades

A principios del año pasado, un equipo de investigadores estadounidenses con conocimientos de bioingeniería ensambló dos tipos de células de la rana de uñas africana. Con ayuda de un ordenador, se recortaban estas agrupaciones de células para aplicar unos diseños concretos, que hacían que las células pudiesen moverse en una dirección determinada. En este primer experimento, sin embargo, no existía ninguna pieza plástica.

A pesar de contar con estas células vivas, Sánchez ataja la posible controversia bioética: “Empezamos a debatir con la bióloga del grupo si era un organismo vivo y llegamos a la conclusión de que está compuesto de células vivas, pero no se va a reproducir”. “Nace, crece y deja de funcionar”, resume.

Aunque ya se están realizando pruebas para aplicarlos, el equipo tiene tareas pendientes, como comprobar en qué medida le afectan los fármacos o reducir el 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”, agrega también Sánchez. “Queremos incluir partículas magnéticas y tener control magnético externo, para que se sepa en cada momento donde está este robot y poder llevarlo de un punto a otro”.

De izquierda a derecha, María Guix, Samuel Sánchez y Judith Fuentes, desarrolladores del estudio.IBEC / OTROS

Ricard Solé, investigador ICREA en la Universidad Pompeu Fabra, considera este avance como un importante paso hacia adelante: “Los biorobots que han hecho amplían las posibilidades, porque utilizando solo la biología estás bastante limitado. En este sentido, la biología es un obstáculo porque ella decide por ti”. El también físico y biólogo pone en valor el diseño de la estructura plástica: “Los experimentos previos que hemos visto se hacían con elementos más grandes. El diseño es muy fácil de reproducir en otras escalas y reducir el tamaño es cuestión de ponerse”.

Solé no pone plazos a la aplicación real de esta nueva tecnología, aunque avisa del gran abanico de oportunidades que ofrecen estos robots. “Todo está empezando. El paso inicial es demostrar que puedes manejar la materia viva. Ese es el gran reto”, remata.

FUENTE: El País