Fabrican una medusa artificial que nada sola, con silicona y células de rata

Un equipo de investigadores, liderado por científicos del Instituto Tecnológico de California (Caltech) y de la Universidad de Harvard, ha conseguido fabricar una medusa artificial que nada libremente, usando silicona y células musculares de ratas.

El avance ha sido logrado gracias a la ingeniería bioinspirada, una rama de la ingeniería que toma como referencia los organismos, para el desarrollo de máquinas con propiedades sorprendentes.

La medusa artificial ha sido bautizada como Medusoid, publica el Caltech en un comunicado. El método de fabricación de la medusa ha aparecido además detallado en la revista Nature Biotechnology.

Imitación de funciones

Según Janna Nawroth, una de las creadoras de Medusoid, “uno de los objetivos de nuestro trabajo era avanzar en la ingeniería de tejidos”, que es la rama de la bioingeniería que se sirve de la combinación de células, métodos de ingeniería de materiales, bioquímica y fisicoquímica para mejorar o remplazar funciones biológicas.

La investigadora explica que, en este campo, los científicos siguen intentando imitar los tejidos u órganos basándose solo en lo que creen que es importante o en los componentes principales del tejido original, sin comprender bien si dichos componentes son relevantes para la función que se pretende emular artificialmente.

Los investigadores del Caltech afrontaron el reto en sentido contrario: “Nuestra intención inicial fue recrear las funciones de una medusa –la natación y la generación de corrientes de propulsión-”, explica Nawroth. A partir de esta información, los ingenieros se dispusieron a construir su estructura.

Para ello, examinaron diversos materiales con los que dar forma a Medusoid. Finalmente seleccionaron un material elástico relativamente parecido a la “gelatina” que conforma a las medusas reales. Se trata de un polímero de silicona, que ha dotado a Medusoid de una membrana parecida a la de una pequeña medusa con ocho apéndices o extensiones.

Los investigadores imprimieron a continuación en dicha membrana un patrón formado por proteínas, que emulaba la arquitectura muscular de una medusa real.

Este patrón sirvió como “mapa” o modelo para que el tejido de rata utilizado (compuesto por células cardiacas de rata, con capacidad de contracción) creciera y se organizase hasta dar lugar a un músculo de natación coherente.

Futuros marcapasos autosuficientes

Una vez terminada Medusoid, los científicos la introdujeron en un recipiente lleno de un fluido conductor de electricidad, e hicieron oscilar el voltaje de dicho fluido.

Para su sorpresa, la medusa artificial comenzó a nadar, haciendo contracciones sincronizadas similares a las de las medusas reales. Estas contracciones fueron generadas por la contracción de las células musculares al entrar en contacto con los impulsos eléctricos.

Los ingenieros se muestran sorprendidos de cómo con relativamente pocos componentes (una base de silicona combinada con células organizadas) se ha podido reproducir la complejidad del proceso de natación de las medusas biológicas.

Este avance de la ingeniería bioinspirada demuestra que no resulta adecuado imitar simplemente a la naturaleza, sino que hay que centrarse en sus funciones, añaden los científicos.

La estrategia de diseño empleada podría aplicarse al desarrollo de órganos musculares para humanos. Además, el proceso utilizado para la reorganización de células orgánicas podría ser útil en la fabricación de sistemas fabricados con materiales biológicos.

El próximo objetivo del equipo será diseñar un sistema capaz de sentir y actuar por sí solo usando señales internas, como lo hace el corazón humano. El resultado de este proyecto podrían ser “máquinas” (por ejemplo, marcapasos) elaboradas con materiales biológicos y que, instaladas en el interior del cuerpo humano, funcionaran durante años sin necesidad de cambiarles las baterías.

Las medusas, una fuente de inspiración

Se cree que las medusas son los animales multiorgánicos más antiguos del mundo, y que probablemente han existido desde hace 500 millones de años.

Dado que estos animales usan un músculo para impulsarse a través del agua, su función (en un nivel muy básico) es similar a la del corazón humano. Por eso, esta especie fue escogida para la investigación en ingeniería de tejidos.

Anteriormente, las medusas sirvieron de inspiración para la fabricación de un robot, Robojelly. Creado por investigadores del Instituto Virginia Tech de Estados Unidos, para su fabricación se utilizaron materiales inteligentes con memoria de forma, y nanotubos de carbono.