Expertos en nanorobotica diseñan robots con tejidos musculares creados con bioimpresión 3D

AL IGUAL QUE LOS MÚSCULOS DE LOS ANIMALES, ESTOS TEJIDOS MUSCULARES CREADOS MEDIANTE BIOIMPRESIÓN 3D, PUEDEN CONTRAERSE Y PRODUCIR MOVIMIENTO EN DISPOSITIVOS ARTIFICIALES.

Muchos lo hemos visto en el cine. Alguien huye de otra persona que, sorprendentemente, parece tener más fuerza, habilidad y los sentidos más desarrollados que un humano corriente. Entonces, al final de la película, ese humano perseguidor con extrañas cualidades es seriamente herido, y de entre la carne perfectamente humana (¡o eso nos ha parecido durante toda la película!) vemos salir un humo y algunas chispas… ¡Oh, no! ¡Era un androide maligno!

Seguramente aún nos queda un largo recorrido para convivir con androides como los de Westworld o Blade Runner, y seguramente tampoco serán como los hemos imaginado hasta ahora, pero con el estudio desarrollado por investigadores del grupo de nanodispositivos inteligentes del Institut de Bioingenieria de Catalunya (IBEC), se avanza significativamente en la senda hacia la creación de robots con base orgánica. Estos investigadores han conseguido crear robots híbridos en los que se ha combinado material inerte con tejido muscular vivo, generado a partir de bioimpresión 3D, con la intención de que esta musculatura pueda movilizar estas piezas inertes.

La bioimpresión 3D es una técnica que permite fabricar estructuras biológicas funcionales en 3D mediante el control preciso de la disposición de capas sucesivas de biomoléculas y células. La bioimpresión 3D surge de la integracion de tecnologías de diferentes campos como la ingeniería, la ciencia de materiales, la biología celular o la física. En el campo de la robótica tiene una gran aplicación en el diseño de lo que se conoce como “robótica blanda”. A diferencia de los robots clásicos que requieren piezas pesadas, rígidas y activación mediante fluidos (imagine usted un robot de cadena de montaje o un Terminator), los “robots blandos” están fundamentalmente compuestos de geles, polímeros funcionales y otros materiales deformables. Los robots blandos son una nueva generación de robots que, a diferencia de los robots convencionales, podrán interactuar con los humanos de forma más segura, puesto que serian de menor peso y tendrían componentes flexibles y deformables.

FIBRAS MUSCULARES FUNCIONALES

En esta investigación, la bioimpresión se ha usado para sintetizar los músculos artificiales a partir de células musculares de ratón que mediante diferentes tratamientos derivaron en fibras multinucleadas. Por medio de bioimpresión 3D los investigadores han conseguido crear miotubos altamente alienados a partir de estas fibras multinucleadas. Esta capacidad de alinear los miotubos es la que hace que este tejido sintético tenga propiedades muy similares a la del músculo de un animal y en esto radica la novedad del estudio. “Hemos visto que [las fibras musculares] son funcionales y sensibles y que las fuerzas que generan pueden modularse en función de las diferentes necesidades”, comenta Tania Patiño, investigadora postdoctoral Juan de la Cierva y primera autora del artículo publicado en la revista Advanced Materials Technologies. Estos músculos artificiales son capaces de mover estructuras a las que estén fijados (al igual que nuestros músculos mueven los huesos) y la fuerza aplicada puede ser regulada por los investigadores mediante estímulos eléctricos (de la misma manera que nuestras neuronas regulan la actividad muscular).

Fibras musculares generadas por medio de bioimpresion 3D. Foto cortesía de T. Patiño, R. Meste y S. Sánchez, investigadores del IBEC y autores del estudio

MUSCULOS ADAPTATIVOS CON RESPUESTA AL ENTRENAMIENTO

Otra de las novedades del trabajo es que los investigadores han demostrado que este tejido muscular sintético responde fisiológicamente al entrenamiento. La fuerza aplicada por el músculo sintético sobre las estructuras inertes a las que estaba sujeto incrementaba a lo largo de los ciclos de estimulación eléctrica. También la expresión genética en las fibras musculares cambiaba a lo largo de diferentes ciclos de actividad como respuesta al entrenamiento. Rafael Mestre, estudiante de doctorado y co-primer autor del artículo, añade: “Hemos demostrado que esta integración de sistemas biológicos en dispositivos robóticos les proporciona capacidades adquiridas de los sistemas naturales y que podemos entrenarlos como un músculo real para ajustar su rendimiento según las necesidades”.

Las ventajas de integrar sistemas biológicos, como tejidos, a dispositivos robóticos es que éstos pueden incrementar significativamente su rendimiento. Como comenta Samuel Sánchez, líder del grupo de investigación y experto en micro y nanorrobots, esta integración permitiría a los robots autoorganizarse, tener mayor capacidad de reacción, adaptarse mucho mejor al ambiente e incluso autorepararse. Esto nos permitirá en un futuro “obtener robots híbridos fabricados con tejido biológico real y muchas características imposibles de obtener con la robótica clásica rígida”. Si bien aun será necesaria mucha investigación para desarrollar las tecnologías que nos permitan fabricar este tipo de robots de forma masiva y un costo razonable.

Por otro lado, este estudio apunta a la tecnología de bioimpresión 3D como un método rentable y rápido para la producción de tejidos musculares sintéticos y poder contribuir a campos de estudio más allá de la robótica blanda, como podría ser los estudios básicos en tejidos musculares o la industria farmacéutica.

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