Logran cultivar electrodos 'blandos' en animales vivos: "Ahora la biología crea la electrónica por nosotros"
Las fronteras entre la biología y la tecnología son cada vez más difusas. Investigadores de las universidades suecas de Linköping, Lund y Gotemburgo han logrado cultivar electrodos blandos en tejidos vivos utilizando las moléculas del organismo como activadores. El resultado, publicado este jueves en la revista Science, allana el camino para la formación de circuitos electrónicos totalmente integrados en organismos vivos.
"Durante varias décadas hemos intentado crear electrónica que imitara la biología. Ahora hemos permitido que la biología cree la electrónica por nosotros", afirma en una nota de prensa el profesor Magnus Berggren, del Laboratorio de Electrónica Orgánica (LOE) de la Universidad de Linköping.
Vincular la electrónica al tejido biológico es importante para comprender funciones biológicas complejas y combatir enfermedades cerebrales y neurológicas. También permitirá desarrollar futuras interfaces entre humanos y máquinas.
Sin embargo, añaden los investigadores, la bioelectrónica convencional, desarrollada en paralelo a la industria de semiconductores, tiene un diseño fijo y estático que resulta difícil, si no imposible, de combinar con sistemas de señales biológicas vivos.
Para salvar esta brecha entre biología y tecnología, los investigadores han desarrollado un método para crear materiales blandos y conductores electrónicos en tejidos vivos. Todo ello sin lo que en electrónica se conoce como “sustrato”, la base sobre la que se colocan otros dispositivos electrónicos.
Ahora, inyectando un gel que contiene enzimas como "moléculas de ensamblaje", los investigadores han logrado cultivar electrodos en el tejido de peces cebra y sanguijuelas medicinales.
"El contacto con las sustancias del cuerpo cambia la estructura del gel y lo hace conductor de la electricidad, cosa que no sucedía antes de la inyección. Dependiendo del tejido, también podemos ajustar la composición del gel para poner en marcha el proceso eléctrico", explica Xenofon Strakosas, investigador del LOE y la Universidad de Lund y uno de los autores principales del estudio.
Las moléculas endógenas del cuerpo, aseguran, bastan para desencadenar la formación de electrodos. “No hay necesidad de modificación genética ni de señales externas, como luz o energía eléctrica, que han sido necesarias en experimentos anteriores. Los investigadores suecos son los primeros del mundo en conseguirlo”, señala el comunicado de prensa.
Los autores del estudio aseguran que este allana el camino hacia un nuevo paradigma en bioelectrónica porque, si antes era necesario implantar objetos físicos para iniciar procesos electrónicos en el cuerpo, en el futuro bastará con inyectar un gel viscoso.
Los investigadores afirman haber demostrado, además, que este método puede dirigir el material conductor electrónico a estructuras biológicas específicas y crear así interfaces adecuadas para la estimulación nerviosa. “A largo plazo, podría ser posible fabricar circuitos electrónicos totalmente integrados en organismos vivos”, señala la nota.
En experimentos realizados en la Universidad de Lund, el equipo logró formar electrodos en el cerebro, el corazón y las aletas de la cola del pez cebra y alrededor del tejido nervioso de sanguijuelas medicinales. Los animales no sufrieron daños por el gel inyectado ni se vieron afectados por la formación de electrodos. Uno de los muchos retos de estos ensayos fue tener en cuenta el sistema inmunitario de los animales.
"Haciendo cambios inteligentes en la química, pudimos desarrollar electrodos que fueran aceptados por el tejido cerebral y el sistema inmunitario. El pez cebra es un modelo excelente para el estudio de electrodos orgánicos en el cerebro", afirma el profesor Roger Olsson, de la Facultad de Medicina de la Universidad de Lund, que también tiene un laboratorio de química en la Universidad de Gotemburgo. Fue el profesor Roger Olsson quien tomó la iniciativa del estudio, después de leer sobre la rosa electrónica desarrollada por investigadores de la Universidad de Linköping en 2015.
Uno de los problemas de la investigación, y una distinción importante entre plantas y animales, era la diferencia en la estructura celular. Mientras que las plantas tienen paredes celulares rígidas que permiten la formación de electrodos, las células animales son más bien una masa blanda. Crear un gel con suficiente estructura y la combinación adecuada de sustancias para formar electrodos en ese entorno fue un reto que tardó muchos años en resolverse.
"Nuestros resultados abren vías completamente nuevas para pensar en biología y electrónica. Aún nos quedan muchos problemas por resolver, pero este estudio es un buen punto de partida para futuras investigaciones", afirma Hanne Biesmans, estudiante de doctorado en LOE y una de las autoras principales.
Sobre este avance se ha pronunciado Tara Spires-Jones, presidenta electa de la Asociación Británica de Neurociencia y del Centro de Descubrimiento de las Ciencias Cerebrales y el Instituto de Investigación de la Demencia del Reino Unido de la Universidad de Edimburgo, en declaraciones recogidas por el Science Media Centre España: "Aunque científicamente es muy interesante y sin duda estimulará nuevas investigaciones, este estudio en peces cebra, sanguijuelas y carnes (el gel también se formó en cerdo, ternera y pollo, pero no en tofu) está muy lejos de integrar tu teléfono móvil directamente con tu cerebro".