La combinación de materiales vivos con ingeniería ya está logrando generar “seres” capaces de cumplir tareas sencillas. Las posibilidades son inimaginables, y algunas de ellas ya comenzaron a aplicarse.
Fotos IStock
Células vivas. Bioimpresión. Polímeros. Hidrogel. Estimulación. 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 están sumergidos en el mundo de la ciencia se habrán dado por enterados, pero en la actualidad nos encontramos inmersos en una era de confluencias. Dos semirrectas que luego de siglos de avances científicos están cruzándose por primera vez en la historia de la civilización. Y ya se empezaron a ver sus efectos.
Por un lado, la ingeniería, que en las últimas décadas viene trabajando para achicar cada vez más sus componentes, que pasaron de lo macro a lo micro, para luego ingresar al mundo de lo nano. Estructuras diseñadas y fabricadas por el hombre con componentes cada vez más y más pequeños. Un viaje de lo de mayor a lo de menor tamaño. Un top-down, como le llaman los científicos.
Pero en simultáneo, la biología molecular, la química y el estudio de las materias blandas vienen avanzando en el sentido opuesto. Integrando y combinando partes, desde los átomos hasta las células, los tejidos y las estructuras. Intentan entender y replicar la forma en que crece la naturaleza. Desde la semilla hasta el árbol. De lo menor a lo mayor. Un bottom-up.
Lo fascinante es que ambas rectas comienzan a cruzarse y anuncian un cambio de paradigmas.
“Lo que tenemos hoy en el mundo de la ciencia es que se dan las condiciones para que puedan ser combinadas ambas. Esto fue una predicción que se está cumpliendo”. El que habla es Juan José Ortiz, doctor en ciencia y tecnología, con un posdoctorado en la Facultad de Astronomía, Matemática y Física de la Universidad Nacional de Córdoba. “Hoy se da la mezcla de dos situaciones: la ingeniería construye cosas reduciéndoles el tamaño; y en simultáneo la biología combina elementos, dominando desde lo más simple hacia lo más complejo”, explica.
IMPRIMIR VIDA
El resultado de esta confluencia, por ahora –recién por ahora–, son los biobots. ¿Qué son?
Las definiciones pueden ser amplias. Inicialmente, se pensaba en la biorrobótica como la capacidad de imitar a la naturaleza o a los animales al diseñar un robot. Pero el concepto se queda corto. Mejor será entenderlos como una combinación de la biología con estructuras artificiales para producir bots que realizan tareas por ahora sencillas con autonomía.
Aunque no es textual en esos términos, el concepto surge de boca del científico catalán Samuel Sánchez, líder de un grupo de investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC). Su equipo logró un verdadero hito científico al desarrollar nuevos biobots, basados en células musculares, capaces de nadar, “autoentrenarse” y mostrar una velocidad y fuerza sorprendentes.
No es para asustarse: eran pequeños bots de un centímetro de longitud, pero suficientes para demostrar que estos híbridos de la ingeniería y la biología podían 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 fármacos o productos cosméticos, o bien para el desarrollo de prótesis biónicas blandas.
Pero ¿cómo lo hicieron? “Imprimimos estas células que están vivas con una determinada forma, las ponemos en el líquido donde ellas están a gusto, y con un estímulo eléctrico inicial comienzan a contraerse y a moverse, como si fueran un gusanito”, cuenta a Convivimos.
Alto: ¿en serio dijo que imprimen células? El especialista tiene una explicación para esto. “Son células musculoesqueléticas 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 polímero para poder imprimirlas en 3D. Esa combinación les da la consistencia necesaria para que queden en la forma en que tú has querido, y, al mismo tiempo, para que las células sigan sanas y vivas”.
En ese caso concreto, “imprimieron” las células con una estructura de fuelle, y lo interesante, según Sánchez, “es que quedan bien alineadas, formando fibras, lo que les permite tener máxima fuerza”. Casi como lo que sucede con un músculo.
Lo que le siguió fue el movimiento continuo y autoestimulado de estas estructuras, una vez que inicialmente se las “puso en marcha” con un impulso eléctrico.
LO QUE SE PUEDE LOGRAR
No deja de ser fascinante esto de obtener células, reproducirlas, mezclarlas con un polímero, imprimirlas, y que luego esa estructura cobre vida propia. Pero la pregunta es obvia: ¿para qué puede servir esto?
No hace falta viajar al futuro. Ya mismo se están utilizando estas técnicas para el testeo de nuevos fármacos y para la industria cosmética. Recrear estructuras musculares o dérmicas sobre las cuales testear productos no parece un avance menor, más aún teniendo en cuenta que la industria avanza hacia la total prohibición del testeo con animales.
El grupo catalán ya tiene convenios con este sector, además de varios papers publicados. “Se podrían aplicar los productos sobre un biobot y medir las fuerzas, por ejemplo, para ver cómo actúa un producto relajante muscular o un producto antiedad”, señala.
Las posibles derivaciones son fascinantes. “Imaginate si envejecemos ese músculo formado con biobots y después probamos técnicas para rejuvenecerlo. Es mucho lo que se puede hacer”, señala.
¿Hay más? Hay más. Un campo no menos fascinante es el del bone healing o cell healing, que es la curación de huesos o músculos.
Por eso el equipo actualmente está probando hacerle cortes o daños a la estructura que desarrollaron con la impresión de células para luego ver cómo se recupera. “Esto puede servir para el mundo del deporte o la medicina regenerativa. Ver cómo podemos hacer para que un músculo se regenere más rápido o recupere la fuerza o la elasticidad que tenía antes de una lesión”.
CÉLULAS COMBINADAS
Quizás una de las experiencias más fascinantes que se han logrado en materia de biobots fue la impulsada por un equipo de biólogos de la Universidad de Tufts, Massachusetts. ¿Qué hicieron? Ensamblaron células vivas de rana, combinándolas de una manera que no está presente en la naturaleza. Y las células comenzaron a trabajar juntas.
Para la investigación, tomaron células del corazón y células de la piel. Las primeras, con un movimiento retráctil continuo. Las segundas, inmóviles pero que proveen la estructura.
Fueron montadas en diferentes estructuras creadas por inteligencia artificial. Lo que obtuvieron fueron estos “seres vivos” programables para que cumplieran determinadas funciones muy sencillas, como desplazarse o empujar moléculas.
El resultado fue fantástico. Y las posibles aplicaciones, también. “Podemos imaginar muchas aplicaciones útiles para estos robots vivos, que otras máquinas no podrían hacer”, aseguró Michael Levin, director del Centro de Biología Regenerativa y del Desarrolo de Tufts.
Se especula que podrían servir, por ejemplo, para limpiar residuos tóxicos, recoger microplásticos de los océanos o hasta suministrar medicamentos dentro del propio cuerpo humano. Casi como lo imaginaron los autores de Viaje fantástico, un film de 1966 en el que un grupo de científicos eran miniaturizados para ingresar al torrente sanguíneo de un paciente, a bordo de un submarino.
Los posibles usos para estos avances científicos resultan ilimitados, más aún cuando la confluencia de la ingeniería con la biología de la que hablábamos más arriba ya está empezando a dar sus frutos concretos.
Sánchez, el científico catalán, imagina que en diez o quince años “ya podremos estar haciendo prótesis, partes del cuerpo, con estructuras blandas iguales a las de la naturaleza, y no rígidas como son hoy”. Anticipa que “se van a empezar a imprimir músculos, y no solo piel, generando componentes que sean totalmente compatibles con tu propio cuerpo, porque el origen será tu propio cuerpo”, señala.
Michael Levin, coautor del estudio de la Universidad de Tufts, se entusiasmaba al señalar que si bien estos bots son muy pequeños, “en última instancia, el plan es hacerlos a escala”. Junto a sus colegas, imaginan dotarlos de vasos sanguíneos, sistemas nerviosos y algún tipo de células sensoriales que les permitan adaptarse a los entornos en los que deban trabajar.
Por el momento, los avances concretos van mucho más lentos que la imaginación. Pero el camino emprendido parece tener una dirección marcada.
SIN RIESGOS A LA VISTA
¿Es esto en algún punto peligroso? “Siempre está el miedo al mal uso de la ciencia. Pero en este caso no se trabaja con mutación genética. No vamos a crear superbebés. Simplemente estamos trabajando sobre estructura muscular, de piel o del corazón. No va a mutar ni generar nada. Estamos mucho más a salvo de lo que se pueden imaginar”, nos respondió Samuel Sánchez.
Por ahora, la garantía es que estos organismos no pueden evolucionar por sí solos, ya que carecen de órganos reproductivos y no pueden multiplicarse. Cuando las células se quedan sin los nutrientes que se les proveen en laboratorio, en pocas horas se convierten en células muertas, lo que las vuelve biodegradables.
“Lo importante es que esto es público, por lo que podemos tener una discusión como sociedad, y los responsables políticos pueden decidir cuál es el mejor camino”, declaró en una oportunidad Sam Kriegman, de la Universidad de Vermont.
¿Podrían convertirse en armas biológicas? Por el momento la comunidad científica coincide en que este avance está lejos de suponer una amenaza para la humanidad. Elegimos creerles.
