La combinaciรณn de materiales vivos con ingenierรญa ya estรก logrando generar โseresโ capaces de cumplir tareas sencillas. Las posibilidades son inimaginables, y algunas de ellas ya comenzaron a aplicarse.
Fotos IStock
Cรฉlulas vivas. Bioimpresiรณn. Polรญmeros. Hidrogel. Estimulaciรณn. Movimiento. Mecanismos capaces de replicarse. Estructuras que realizan funciones para las que fueron programadas, y luego se degradan. Sean bienvenidos: estamos entrando en la era de los biobots.
Pocos de los que no estรกn sumergidos en el mundo de la ciencia se habrรกn dado por enterados, pero en la actualidad nos encontramos inmersos en una era de confluencias. Dos semirrectas que luego de siglos de avances cientรญficos estรกn cruzรกndose por primera vez en la historia de la civilizaciรณn. Y ya se empezaron a ver sus efectos.
Por un lado, la ingenierรญa, que en las รบltimas dรฉcadas viene trabajando para achicar cada vez mรกs sus componentes, que pasaron de lo macro a lo micro, para luego ingresar al mundo de lo nano. Estructuras diseรฑadas y fabricadas por el hombre con componentes cada vez mรกs y mรกs pequeรฑos. Un viaje de lo de mayor a lo de menor tamaรฑo. Un top-down, como le llaman los cientรญficos.
Pero en simultรกneo, la biologรญa molecular, la quรญmica y el estudio de las materias blandas vienen avanzando en el sentido opuesto. Integrando y combinando partes, desde los รกtomos hasta las cรฉlulas, los tejidos y las estructuras. Intentan entender y replicar la forma en que crece la naturaleza. Desde la semilla hasta el รกrbol. De lo menor a lo mayor. Un bottom-up.
Lo fascinante es que ambas rectas comienzan a cruzarse y anuncian un cambio de paradigmas.
โLo que tenemos hoy en el mundo de la ciencia es que se dan las condiciones para que puedan ser combinadas ambas. Esto fue una predicciรณn que se estรก cumpliendoโ. El que habla es Juan Josรฉ Ortiz, doctor en ciencia y tecnologรญa, con un posdoctorado en la Facultad de Astronomรญa, Matemรกtica y Fรญsica de la Universidad Nacional de Cรณrdoba. โHoy se da la mezcla de dos situaciones: la ingenierรญa construye cosas reduciรฉndoles el tamaรฑo; y en simultรกneo la biologรญa combina elementos, dominando desde lo mรกs simple hacia lo mรกs complejoโ, explica.
IMPRIMIR VIDA
El resultado de esta confluencia, por ahora โreciรฉn por ahoraโ, son los biobots. ยฟQuรฉ son?
Las definiciones pueden ser amplias. Inicialmente, se pensaba en la biorrobรณtica como la capacidad de imitar a la naturaleza o a los animales al diseรฑar un robot. Pero el concepto se queda corto. Mejor serรก entenderlos como una combinaciรณn de la biologรญa con estructuras artificiales para producir bots que realizan tareas por ahora sencillas con autonomรญa.
Aunque no es textual en esos tรฉrminos, el concepto surge de boca del cientรญfico catalรกn Samuel Sรกnchez, lรญder de un grupo de investigadores del Instituto de Bioingenierรญa de Cataluรฑa (IBEC). Su equipo logrรณ un verdadero hito cientรญfico al desarrollar nuevos biobots, basados en cรฉlulas musculares, capaces de nadar, โautoentrenarseโ y mostrar una velocidad y fuerza sorprendentes.
No es para asustarse: eran pequeรฑos bots de un centรญmetro de longitud, pero suficientes para demostrar que estos hรญbridos de la ingenierรญa y la biologรญa podรญan funcionar.
El trabajo, que fue publicado en la revista Science Robotics en abril de 2021, abre la puerta a aplicaciones potenciales, como ser para el testeo de fรกrmacos o productos cosmรฉticos, o bien para el desarrollo de prรณtesis biรณnicas blandas.
Pero ยฟcรณmo lo hicieron? โImprimimos estas cรฉlulas que estรกn vivas con una determinada forma, las ponemos en el lรญquido donde ellas estรกn a gusto, y con un estรญmulo elรฉctrico inicial comienzan a contraerse y a moverse, como si fueran un gusanitoโ, cuenta a Convivimos.
Alto: ยฟen serio dijo que imprimen cรฉlulas? El especialista tiene una explicaciรณn para esto. โSon cรฉlulas musculoesquelรฉticas que reproducimos en un cultivo. Y antes de llevarlas a una placa de Petri, las ponemos en una jeringa y las mezclamos con un hidrogel o un polรญmero para poder imprimirlas en 3D. Esa combinaciรณn les da la consistencia necesaria para que queden en la forma en que tรบ has querido, y, al mismo tiempo, para que las cรฉlulas sigan sanas y vivasโ.
En ese caso concreto, โimprimieronโ las cรฉlulas con una estructura de fuelle, y lo interesante, segรบn Sรกnchez, โes que quedan bien alineadas, formando fibras, lo que les permite tener mรกxima fuerzaโ. Casi como lo que sucede con un mรบsculo.
Lo que le siguiรณ fue el movimiento continuo y autoestimulado de estas estructuras, una vez que inicialmente se las โpuso en marchaโ con un impulso elรฉctrico.
LO QUE SE PUEDE LOGRAR
No deja de ser fascinante esto de obtener cรฉlulas, reproducirlas, mezclarlas con un polรญmero, imprimirlas, y que luego esa estructura cobre vida propia. Pero la pregunta es obvia: ยฟpara quรฉ puede servir esto?
No hace falta viajar al futuro. Ya mismo se estรกn utilizando estas tรฉcnicas para el testeo de nuevos fรกrmacos y para la industria cosmรฉtica. Recrear estructuras musculares o dรฉrmicas sobre las cuales testear productos no parece un avance menor, mรกs aรบn teniendo en cuenta que la industria avanza hacia la total prohibiciรณn del testeo con animales.
El grupo catalรกn ya tiene convenios con este sector, ademรกs de varios papers publicados. โSe podrรญan aplicar los productos sobre un biobot y medir las fuerzas, por ejemplo, para ver cรณmo actรบa un producto relajante muscular o un producto antiedadโ, seรฑala.
Las posibles derivaciones son fascinantes. โImaginate si envejecemos ese mรบsculo formado con biobots y despuรฉs probamos tรฉcnicas para rejuvenecerlo. Es mucho lo que se puede hacerโ, seรฑala.
ยฟHay mรกs? Hay mรกs. Un campo no menos fascinante es el del bone healing o cell healing, que es la curaciรณn de huesos o mรบsculos.
Por eso el equipo actualmente estรก probando hacerle cortes o daรฑos a la estructura que desarrollaron con la impresiรณn de cรฉlulas para luego ver cรณmo se recupera. โEsto puede servir para el mundo del deporte o la medicina regenerativa. Ver cรณmo podemos hacer para que un mรบsculo se regenere mรกs rรกpido o recupere la fuerza o la elasticidad que tenรญa antes de una lesiรณnโ.
CรLULAS COMBINADAS
Quizรกs una de las experiencias mรกs fascinantes que se han logrado en materia de biobots fue la impulsada por un equipo de biรณlogos de la Universidad de Tufts, Massachusetts. ยฟQuรฉ hicieron? Ensamblaron cรฉlulas vivas de rana, combinรกndolas de una manera que no estรก presente en la naturaleza. Y las cรฉlulas comenzaron a trabajar juntas.
Para la investigaciรณn, tomaron cรฉlulas del corazรณn y cรฉlulas de la piel. Las primeras, con un movimiento retrรกctil continuo. Las segundas, inmรณviles pero que proveen la estructura.
Fueron montadas en diferentes estructuras creadas por inteligencia artificial. Lo que obtuvieron fueron estos โseres vivosโ programables para que cumplieran determinadas funciones muy sencillas, como desplazarse o empujar molรฉculas.
El resultado fue fantรกstico. Y las posibles aplicaciones, tambiรฉn. โPodemos imaginar muchas aplicaciones รบtiles para estos robots vivos, que otras mรกquinas no podrรญan hacerโ, asegurรณ Michael Levin, director del Centro de Biologรญa Regenerativa y del Desarrolo de Tufts.
Se especula que podrรญan servir, por ejemplo, para limpiar residuos tรณxicos, recoger microplรกsticos de los ocรฉanos o hasta suministrar medicamentos dentro del propio cuerpo humano. Casi como lo imaginaron los autores de Viaje fantรกstico, un film de 1966 en el que un grupo de cientรญficos eran miniaturizados para ingresar al torrente sanguรญneo de un paciente, a bordo de un submarino.
Los posibles usos para estos avances cientรญficos resultan ilimitados, mรกs aรบn cuando la confluencia de la ingenierรญa con la biologรญa de la que hablรกbamos mรกs arriba ya estรก empezando a dar sus frutos concretos.
Sรกnchez, el cientรญfico catalรกn, imagina que en diez o quince aรฑos โya podremos estar haciendo prรณtesis, partes del cuerpo, con estructuras blandas iguales a las de la naturaleza, y no rรญgidas como son hoyโ. Anticipa que โse van a empezar a imprimir mรบsculos, y no solo piel, generando componentes que sean totalmente compatibles con tu propio cuerpo, porque el origen serรก tu propio cuerpoโ, seรฑala.
Michael Levin, coautor del estudio de la Universidad de Tufts, se entusiasmaba al seรฑalar que si bien estos bots son muy pequeรฑos, โen รบltima instancia, el plan es hacerlos a escalaโ. Junto a sus colegas, imaginan dotarlos de vasos sanguรญneos, sistemas nerviosos y algรบn tipo de cรฉlulas sensoriales que les permitan adaptarse a los entornos en los que deban trabajar.
Por el momento, los avances concretos van mucho mรกs lentos que la imaginaciรณn. Pero el camino emprendido parece tener una direcciรณn marcada.
SIN RIESGOS A LA VISTA
ยฟEs esto en algรบn punto peligroso? โSiempre estรก el miedo al mal uso de la ciencia. Pero en este caso no se trabaja con mutaciรณn genรฉtica. No vamos a crear superbebรฉs. Simplemente estamos trabajando sobre estructura muscular, de piel o del corazรณn. No va a mutar ni generar nada. Estamos mucho mรกs a salvo de lo que se pueden imaginarโ, nos respondiรณ Samuel Sรกnchez.
Por ahora, la garantรญa es que estos organismos no pueden evolucionar por sรญ solos, ya que carecen de รณrganos reproductivos y no pueden multiplicarse. Cuando las cรฉlulas se quedan sin los nutrientes que se les proveen en laboratorio, en pocas horas se convierten en cรฉlulas muertas, lo que las vuelve biodegradables.
โLo importante es que esto es pรบblico, por lo que podemos tener una discusiรณn como sociedad, y los responsables polรญticos pueden decidir cuรกl es el mejor caminoโ, declarรณ en una oportunidad Sam Kriegman, de la Universidad de Vermont.
ยฟPodrรญan convertirse en armas biolรณgicas? Por el momento la comunidad cientรญfica coincide en que este avance estรก lejos de suponer una amenaza para la humanidad. Elegimos creerles.