Crean robots microscópicos para terapias dirigidas

Un equipo de investigación de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, ha desarrollado mecanismos microscópicos capaces de estimular mecánicamente células y microtejidos.
 

Estas herramientas, que son impulsadas por músculos artificiales  de hidrogel  del tamaño de una célula, se basan en el funcionamiento del aparato locomotor y pueden llevar a cabo complicadas tareas de manipulación en condiciones fisiológicas a escala microscópica.
 

Estos dispositivos robóticos blandos se activan de forma inalámbrica mediante rayos láser. También pueden incorporar chips de microfluidos, lo que significa que se pueden usar para realizar pruebas combinatorias de estimulación química y mecánica de alto rendimiento en una variedad de muestras biológicas.
 

Los tejidos humanos experimentan una variedad de estímulos mecánicos que pueden afectar su capacidad para llevar a cabo sus funciones fisiológicas, como proteger los órganos de lesiones. La aplicación controlada de tales estímulos a los tejidos vivos ha demostrado ser un instrumento para estudiar las condiciones que provocan ciertas enfermedades.
 

Imitando el aparato locomotor
 

Los científicos, liderados por Selman Sakar, tuvieron la idea después de observar el aparato locomotor en acción. "Queríamos crear un sistema modular impulsado por la contracción de accionadores distribuidos y la deformación de los mecanismos pasivos", explica Sakar en un comunicado.
 

Su sistema consiste en ensamblar varios componentes de hidrogel, como si fueran ladrillos de Lego, para formar un esqueleto compatible. Luego, se crean conexiones de polímeros similares a tendones entre el esqueleto y los micro-accionadores. Al combinar los ladrillos y los accionadores de diferentes maneras, los científicos pueden crear una serie compleja de micromáquinas.
 

“Nuestros accionadores se contraen rápida y eficientemente cuando se activan con luz infrarroja cercana. Cuando toda la red de actuadores a nanoescala se contrae, tira de los componentes del dispositivo circundante y alimenta la maquinaria", señala Berna Ozkale, autora principal del estudio.
 

Con este método, los científicos pueden activar de forma remota múltiples accionadores en ubicaciones específicas. Los micro-accionadores completan cada ciclo de contracción y relajación en milisegundos.
 

Además de su utilidad en la investigación, esta tecnología también ofrece aplicaciones prácticas para mejorar nuestra salud. Los médicos podrían usar estos dispositivos como pequeños implantes para estimular tejidos mecánicamente, o para activar mecanismos para la entrega a petición de agentes biológicos.
 

Hidrogel: un polímero con memoria
 

El laboratorio de Sakar también está desarrollando un método versátil para recoger y transportar objetos microscópicos, independientemente de su forma y propiedades mecánicas, en entornos líquidos.
 

A diferencia de los sistemas convencionales que emplean dedos accionados, este nuevo enfoque no requiere un conocimiento avanzado de la forma del objeto, y el mecanismo de agarre no necesita ser preestablecido.
 

La nueva tecnología se basa en una bola de hidrogel que tiene la propiedad única de poder "recordar" su forma inicial. Cuando esta bola, ubicada al final de un tubo, se presiona contra un objeto, lo envuelve y adopta su forma. Los iones de calcio se inyectan a través del tubo, lo que hace que el hidrogel se solidifique.
 

"El hidrogel puede adoptar una variedad de formas, lo que lo convierte en una especie de pinza universal", apunta Haiyan Jia, coautora del estudio.
 

El hidrogel es una estructura polivalente capaz de absorber, de forma reversible, grandes cantidades de agua. Esto permite la posibilidad de emplearlo en un gran cantidad de aplicaciones científicas y tecnológicas, desde la agricultura hasta la fabricación de lentes de contacto.    

Referencia

Modular soft robotic microdevices for dexterous biomanipulation. B. Özkale et al. Lab on a Chip, 2019. DOI: 10.1039/c8lc01200h.