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Los músculos biónicos se endurecen
Los tejidos del corazón son mecánicamente resistentes y conductores de electricidad, y mantienen un latido fuerte y rítmico, propiedades que son difíciles de imitar en el laboratorio. Pero un nuevo material híbrido que combina un gel respetuoso con las células, nanotubos de carbono conductores fuertes y células cardíacas vivas imita el tejido cardíaco natural con más éxito que los intentos anteriores. Eventualmente, el nuevo material podría ser útil tanto en aplicaciones médicas como robóticas.
Los tejidos biónicos, hechos por Ali Khademhosseini , profesor de la División de Ciencias y Tecnología de la Salud de Harvard-MIT en Cambridge, Massachusetts, podría servir como músculos para máquinas biológicas: tejidos vivos programables en movimiento que llevan la biología sintética más allá de las células individuales. Muchas de las cosas que los tejidos naturales y las células biológicas pueden hacer, como detectar y responder a su entorno, son difíciles de lograr para los ingenieros con los materiales sintéticos utilizados en la robótica convencional. Los investigadores esperan que la construcción de máquinas a partir de materiales biológicos como el tejido cardíaco amplíe todo lo posible. Los nuevos tejidos pueden nadar sin ataduras en el agua, balancearse hacia adelante y hacia atrás y realizar otros movimientos programados controlando su forma y grosor.
Si estos materiales resultan seguros para su uso en el cuerpo humano, también podrían usarse para parchear tejidos dañados por ataques cardíacos. Los investigadores que diseñan tejidos cardíacos en el laboratorio a menudo usan polímeros y geles para proporcionar a las células cardíacas un entorno en el que crecerán y se comportarán como lo hacen en el cuerpo. Los materiales resultantes tienen dos defectos críticos, dice Khademhosseini. No coinciden con la conductividad eléctrica del tejido cardíaco, ni son mecánicamente tan fuertes.
Cuando el corazón late, las células responden a esa fuerza mecánica y liberan sustancias químicas que estimulan el crecimiento, dice Thomas Webster , ingeniero químico de la Northeastern University en Boston, que no participó en el trabajo. Y si el parche es menos conductor que el resto del corazón, las señales eléctricas pueden sufrir retrasos. Si se coloca un parche sin las propiedades adecuadas en el corazón de un paciente, es posible que no crezca correctamente y que no pueda latir al mismo tiempo que el resto del corazón, dice Webster.
El grupo de Cambridge resuelve este problema añadiendo nanotubos de carbono a geles de ingeniería de tejidos. El resultado es un gel blando con una maraña de fibras de carbono fuertes y conductoras incrustadas en él. Khademhosseini sembró células cardíacas en estos geles y estudió sus propiedades. Los tejidos biónicos eran similares en elasticidad al corazón de rata, mucho más elásticos que los materiales anteriores fabricados en laboratorio. También tenían una conductividad mucho mejor. Y los tejidos desempeñaban mejor la función principal del tejido cardíaco, latiendo en sincronía. Khademhosseini expuso el tejido biónico a varios productos químicos y descubrió que era relativamente resistente al daño, tal vez porque los nanotubos de carbono proporcionan enlaces eléctricos entre las células que pueden mantener la comunicación incluso cuando están bajo estrés. Este trabajo se describe en línea en la revista. ACS Nano .
Webster dice que antes de que se pueda considerar cualquier aplicación médica, los investigadores deberán demostrar que los nanotubos de carbono no son tóxicos, especialmente porque no son biodegradables y es probable que permanezcan en el cuerpo durante mucho tiempo. Señala que incluso si los materiales de carbono en sí mismos son seguros, el proceso de fabricación de nanotubos podría dejar rastros de catalizadores metálicos tóxicos.
Khademhosseini dice que el primer uso de los materiales puede ser en máquinas biológicas utilizadas para evaluar y restaurar entornos tóxicos o reparar edificios. El año pasado, los investigadores demostraron medusas nadando libremente -como robots y máquinas biológicas andantes construido a partir de polímeros y tejidos cardíacos. Pero sin materiales conductores, sus aplicaciones son limitadas, diceRashid Bashir, bioingeniero de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, quien hizo el robot andante. Si puede modelar el material base, podría hacer circuitos en el interior, dice.