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Células de monitores de tejido Cyborg
Investigadores de la Universidad de Harvard han construido un material que fusiona la electrónica a nanoescala con tejidos biológicos: una malla literal de transistores y células.
Andamio cableado: El alginato (blanco), un material derivado de las algas que se utiliza en los andamios de células convencionales, se deposita alrededor de alambres de metal a nanoescala (de color marrón falso) para formar un andamio electrónico tridimensional.
El tejido parecido a un cyborg, descrito en línea en Materiales de la naturaleza , apoya el crecimiento celular mientras monitorea simultáneamente las actividades de esas células. Podría mejorar in vitro detección de drogas al permitir a los investigadores rastrear cómo las células en un entorno tridimensional responden a las drogas en tiempo real, dicen los autores. También puede ser un primer paso hacia las prótesis que se comunican directamente con el sistema nervioso y los implantes de tejido que detectan y responden a lesiones o enfermedades.
Anteriormente, para sondear la actividad eléctrica de los sistemas vivos, los científicos han desarrollado dispositivos planos y flexibles que se extienden a lo largo del exterior de un órgano, como el corazón , cerebro , o piel (ver Fabricación de componentes electrónicos extensibles). Pero estos materiales solo controlan la actividad eléctrica en la superficie de un tejido.
El nuevo andamio fue realizado por un equipo de investigadores que incluye a Bozhi Tian, miembro de 2012 de TR35 de Technology Review (ver 35 innovadores menores de 35 años: Bozhi Tian ); El químico Charles Lieber de la Universidad de Harvard; Daniel Kohane, director del Laboratorio de Biomateriales y Administración de Medicamentos del Boston Children's Hospital; y Robert Langer, ingeniero químico y profesor de instituto del MIT. El grupo se propuso diseñar un andamio tridimensional que integre la electrónica directamente en los tejidos vivos.
Los andamios nanoelectrónicos estaban hechos de una fina malla de nanocables metálicos, rectos o retorcidos, salpicados de diminutos transistores que detectan actividad eléctrica. Los investigadores doblaron o enrollaron la malla en una estructura tridimensional para simular un trozo de tejido o un vaso sanguíneo, respectivamente. El resultado es un andamio que es a la vez poroso y flexible, lo que no es una tarea fácil para la electrónica. Estos andamios son mecánicamente los materiales electrónicos más blandos que jamás se hayan fabricado, dice Lieber.
A continuación, el armazón se sembró con células o se fusionó con biomateriales convencionales, como colágeno, en armazones híbridos. Demuestra, desde la perspectiva de los materiales, que puedes combinar estas redes electrónicas con prácticamente cualquier cosa, agrega Lieber.
Para probar las capacidades de detección del constructo, el equipo realizó experimentos con células vivas. Crecieron neuronas en el andamio y luego controlaron con éxito la actividad de disparo de las células en respuesta a los neurotransmisores excitadores; observaron que las células del corazón en un lado del tejido latían de formas sutilmente diferentes a las del otro lado; y monitorearon los cambios de pH en el interior y el exterior de un vaso sanguíneo simplificado, hecho de estructura enrollada y células de músculo liso.
Lieber dice que numerosas compañías farmacéuticas ya han expresado interés en los andamios para monitorear las respuestas a los medicamentos en diferentes tejidos. Ésa es la aplicación de plazo más cercano, dice, pero no el objetivo final. Algún día, a Lieber le gustaría desarrollar injertos de tejido que puedan informar su función a los médicos y proporcionar retroalimentación inmediata a un tejido cuando sea necesario, como liberar un medicamento en la piel o los pulmones. Tenemos la oportunidad de fusionar la electrónica con los sistemas celulares, dice.