Nuevos dispositivos biónicos que unen la biología y la electrónica
Los dispositivos biónicos integrados, como los implantes auditivos cocleares y los ojos biónicos, están diseñados para reemplazar o complementar las funciones corporales naturales. Sin embargo, un problema importante es que las interfaces biónicas existentes todavía son muy «mecánicas» en comparación con el tejido humano. «Los metales tradicionales y los polímeros rígidos utilizados pueden provocar inflamación y cicatrices, lo que con el tiempo degrada el rendimiento», explica el coordinador del proyecto Living Bionics Rylie Green(se abrirá en una nueva ventana) del Imperial College(se abrirá en una nueva ventana) en el Reino Unido. «Incluso los movimientos más pequeños pueden causar microdaños». Muchos dispositivos biónicos también son químicamente inertes, lo que significa que no se comunican activamente ni se adaptan al entorno biológico. Esta falta de integración es la razón por la que su rendimiento suele disminuir después de estar unos meses o años en el cuerpo.
Conectar la biología y la electrónica
El objetivo del proyecto Living Bionics, que contó con el apoyo del Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), fue repensar cómo conectamos la biología y la electrónica y crear interfaces que no solo sean toleradas por el cuerpo, sino que se conviertan en parte de él. «Queríamos diseñar "electrodos vivos" que combinen materiales suaves y conductores con componentes biológicos que puedan integrarse directamente con las células y los tejidos», dice Green. «Básicamente, nuestro objetivo era alejarnos de los implantes duros y avanzar hacia sistemas adaptativos y regenerativos que evolucionen con el cuerpo». Para lograrlo, el equipo del proyecto se centró en el desarrollo de materiales biohíbridos. Estos incluyen cosas como hidrogeles, elastómeros y materiales modificados que contienen componentes propios del cuerpo, y en particular del encéfalo. Estos materiales son suaves y flexibles como el tejido, pero aún así transmiten las señales eléctricas de manera eficiente. «La combinación de células madre y las señales necesarias para producir tejido neuronal sano dentro del dispositivo fue otro elemento crítico», añade Green.
Avances hacia auténticos «electrodos vivos»
El equipo del proyecto construyó modelos de tejido neuronal en 3D para estudiar cómo interactúan las células con diferentes químicas de materiales y realizó evaluaciones de rendimiento eléctrico y mecánico. Estas pruebas ayudaron a demostrar cómo ciertos materiales novedosos pueden mantener la conductividad y la viabilidad celular durante períodos largos. Es importante destacar que el equipo demostró que se pueden agregar combinaciones de materiales y células a la interfaz de un dispositivo biónico y crear conexiones celulares naturales con el tejido encefálico(se abrirá en una nueva ventana) adyacente. Otro gran avance fue comprender cómo las propiedades fisicoquímicas de ciertos polímeros e hidrogeles afectan la adhesión celular y la función a largo plazo. «Conceptualmente, hemos establecido un camino hacia auténticos "electrodos vivos", donde las células diseñadas pueden interactuar con las neuronas del hospedador de una manera controlada y estable», explica Green. «Hemos demostrado que esto funciona no solo en una placa de cultivo, sino también en el encéfalo de un roedor vivo».
Nuevos tratamientos bioelectrónicos regenerativos
Los próximos pasos incluyen validar estos sistemas de forma más rigurosa en modelos animales para confirmar la biocompatibilidad y la estabilidad de la señal a largo plazo. Los métodos de fabricación aún necesitan perfeccionarse para que los materiales puedan escalarse y esterilizarse para uso clínico. «La colaboración con los socios de la industria será clave para cumplir con los requisitos regulatorios y avanzar hacia estudios tempranos de viabilidad humana», agrega Green. A largo plazo, Green y su equipo esperan que este trabajo redefina lo que puede ser un «implante médico». «En lugar de "hardware" inerte que se degrada con el tiempo, imaginamos sistemas vivos y adaptables que se curan con el cuerpo y restauran la función de forma más natural», afirma. «Esto abriría la puerta a una nueva generación de tratamientos bioelectrónicos regenerativos, donde la línea entre el dispositivo y el tejido se vuelve casi perfecta».
