Investigadores de la Universidad de Harvard (Estados Unidos) han desarrollado un material que combina la electrónica a nanoescala con tejidos biológicos, creando una auténtica red de transistores y células.
El tejido tipo cyborg que se describe en línea en la revista científica Nature Materials, permite el crecimiento de las células a la vez que hace un seguimiento de la actividad de las mismas. Según los autores del artículo, podría servir para mejorar el cribado de medicamentos in vitro, ya que permitiría a los investigadores hacer un seguimiento de la respuesta celular a un medicamento en tiempo real y en un entorno en tres dimensiones. También puede ser un primer paso hacia prótesis que se comunican directamente con el sistema nervioso e implantes de tejido que sienten y responden ante una lesión o enfermedad.
Anteriormente, para explorar la actividad eléctrica de sistemas vivos, los científicos habían desarrollado aparatos planos y flexibles que se extienden por fuera de un órgano como el corazón, el cerebro, o la piel. Pero estos materiales solo pueden hacer un seguimiento de la actividad eléctrica en la superficie del tejido.
Este nuevo andamiaje ha sido creado por un equipo de investigadores entre los que se encuentran Bozhi Tian, uno de los ganadores de los premios TR35 de Technology Review en 2012; el químico de la universidad de Harvard Charles Lieber; Daniel Kohane, director del Laboratorio de Biomateriales y Administración de Medicamentos en el Hospital Infantil de Boston (EE.UU.); y Robert Langer, ingeniero químico y profesor del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE.UU.). El grupo se planteó diseñar un andamio en tres dimensiones que integrara la electrónica directamente en tejidos vivos.
Los andamios nanoeléctricos se crearon con una fina red de nanocables metálicos, algunos rectos y otros en forma de espiral, salpicados con diminutos transistores que detectan la actividad eléctrica. Los investigadores doblaron o enrollaron la red para formar una estructura tridimensional que simulara un trozo de tejido o un vaso sanguíneo respectivamente. El resultado es un andamio poroso y flexible al mismo tiempo, algo difícil de conseguir en el campo de la electrónica. “Estos andamios son, desde el punto de vista mecánico, los materiales electrónicos más blandos que se hayan creado jamás”, explica Lieber.
Después, el andamio se siembra con células o se mezcla con biomateriales convencionales, como el colágeno, para conseguir andamios híbridos. “Esto demuestra, desde la perspectiva de los materiales, que se pueden combinar estas redes electrónicas con prácticamente cualquier cosa”, añade Lieber.
Para probar las capacidades sensoriales de la construcción, el equipo llevó a cabo experimentos con células vivas. Cultivaron neuronas en estas estructuras y después lograron hacer un seguimiento de la actividad disparadora de las células en respuesta a neurotransmisores excitantes; observaron células de corazón en un lado del tejido que latían de formas sutilmente distintas a las células del otro lado; e hicieron un seguimiento de los cambios en el pH de dentro y de fuera de un vaso sanguíneo simplificado fabricado con el material enrollado y con células musculares lisas.
Lieber afirma que numerosas empresas farmacéuticas ya han mostrado interés por los andamios para poder estudiar la respuesta de diferentes tejidos a los medicamentos. “Es la aplicación más inmediata”, explica. Pero no el objetivo final. Algún día, a Lieber le gustaría desarrollar injertos de tejido que puedan informar sobre su funcionamiento a los médicos y proporcionar una respuesta inmediata a un tejido cuando sea necesario, por ejemplo, liberar un medicamento en la piel o los pulmones. «Tenemos la oportunidad de mezclar la electrónica con los sistemas celulares”, concluye Lieber.
