Láminas musculares flexibles elaboradas con células cardiacas de rata

Imagina un origami que puede auto doblarse y tomar la forma de un pez o de una babosa, para luego nadar o arrastrarse con su propio impulso.

Los hallazgos preparan el terreno para otros proyectos importantes
A partir de delgadas láminas de una película elástica recubierta con células de músculo cardiaco de rata, unos investigadores de la Universidad de Harvard han vuelto realidad esta fantástica posibilidad. Así como el doctor Frankenstein dio vida a su monstruo al utilizar relámpagos, el equipo de investigación, encabezado por el ingeniero biomédico Kit Parker, aplicó descargas eléctricas a sus láminas musculares.

El impulso eléctrico ocasionó que las células se contrajeran, lo cual dobló y flexionó las láminas de polímero. En ocasiones el movimiento persistió de manera espontánea, otras veces se produjo sólo a consecuencia de las descargas eléctricas. Luego de recortar el material en tiras triangulares, rectangulares y de otras formas, los investigadores pudieron crear origamis vivos capaces de nadar, asir y arrastrarse.

Los científicos confían en que sus hallazgos prepararán el terreno para el desarrollo de nuevos «robots blandos», sustitutos de órganos más eficaces y mejores dispositivos protésicos.

Nadadores, garras y minimáquinas
Luego de desarrollar láminas con esta «delgada película muscular», los investigadores recortaron diversas formas según el tipo de dispositivo que deseaban crear. Las láminas triangulares actuaron como peces cebra (Danio rerio), que nadan al mover la cola hacia un lado y luego la enderezan para dirigir el impulso.

Por supuesto, los nuevos nadadores triangulares no romperán marcas de velocidad, puesto que sólo se desplazan una fracción de su longitud (alrededor de 2.4 centímetros) por minuto. No obstante, la creación de estos nadadores les permitió a los investigadores demostrar que sus delgadas láminas musculares pueden flexionarse con rapidez y fuerza.

Los científicos también crearon una minimáquina reptante con cuerpo cilíndrico y una «pata» en la parte posterior, la cual se flexiona para impulsar el dispositivo. Asimismo, el equipo desarrolló una tira que se enrosca espontáneamente y un asidor semejante a una garra capaz de sujetarse con suficiente fuerza para mover células individuales, señaló el coautor del estudio, Adam Feinberg.

Buena organización
«Considero que el mayor logro no es que hayamos producido estos dispositivos móviles -apuntó Parker, líder del estudio- sino que el equipo consiguiera que las células musculares (y sus motores moleculares internos) se alinearan correctamente».

«Para producir una contracción rítmica, es necesario [que las células musculares tengan] una alineación adecuada -explicó Parker-. Hasta ahora, ese ha sido el problema principal de los ingenieros de tejidos». A fin de solucionarlo, el equipo de Parker estampó sus láminas elásticas con un patrón de franjas de una proteína llamada fibronectina, sobre las cuales se desarrollaron las células de músculo cardiaco.

«Al trazar un patrón se obtiene automáticamente un tejido», puntualizó Parker. A continuación, las células se organizaron en fibras musculares funcionales.

¿Robots «blandos» y brazos artificiales?
El equipo opina que el origami muscular es nada más la punta del iceberg de la investigación. Otros animales, además de las ratas, han inspirado a numerosos expertos para crear dispositivos más complejos. «El pulpo puede deformarse para poder atravesar obstáculos», y también tiene la capacidad de doblar sus tentáculos en todas direcciones, comenta Parker.

De lograr que las láminas musculares actúen de manera parecida, podrían dar inicio al desarrollo de la «robótica blanda», señaló. Entre tanto, «la primera aplicación de estas [láminas de músculo de rata] podría ser el estudio de fármacos», para identificar los beneficios y efectos secundarios de ciertos medicamentos en las células cardiacas, informó Parker.

«Tenemos que hacer el intento de desarrollar células humanas» en las láminas, debido a que esto representaría una nueva posibilidad: producir tejidos y órganos de reemplazo, agregó. Los médicos podrían utilizar dichas láminas musculares para reparar orificios en el corazón o vísceras dañadas.

Aunque no participó en la investigación, Gordana Vunjak-Novakovic, de la Universidad de Columbia, calificó el estudio de «innovador» y puntualizó: «Es fabuloso el hecho de que se hayan concentrado en la mecánica de las células individuales» para controlar la manera como se unen y trabajan conjuntamente.

En un futuro lejano, los músculos desarrollados con ingeniería podrían dar origen a brazos o piernas artificiales. «Es concebible realizar grandes adelantos en dispositivos protésicos si logramos aprovechar las ventajas de estos [músculos desarrollados con ingeniería]», aseguró la científica.

Keith Baar, bioquímico de la universidad escocesa de Dundee, comentó: «El estudio es espectacular debido a la premisa científica, pero también porque realizaron y describieron varios experimentos realmente divertidos, como los que hubiéramos querido hacer en la adolescencia, antes de que alguien dijera que eran imposibles. Es un logro significativo -prosiguió- ya que cambiará la forma en que percibimos la interacción entre materiales sintéticos y biológicos, y su trabajo conjunto para producir máquinas».