Reducción de la distancia entre la electrónica y los tejidos biológicos
Teniendo en cuenta el rápido progreso de la electrónica miniaturizada y nuestra comprensión cada día mayor de la neurociencia, solo es cuestión de tiempo que ambas converjan. «La perfecta integración de la electrónica y los sistemas vivos, o bioelectrónica, no solo mejorará nuestra comprensión de la biología básica, sino que también redefinirá los diagnósticos médicoss y los tratamientos», afirma Juan Liu, investigador en la Universidad de Oxford y beneficiario de una beca Marie Skłodowska-Curie. El problema es que actualmente la mayoría de dispositivos bioelectrónicos están fabricados sobre componentes electrónicos secos y rígidos, y carecen de características biológicas. «Las diferencias entre los tejidos biológicos y la electrónica artificial generan un obstáculo tremendo para el uso de dispositivos bioelectrónicos», añade Liu. Con el apoyo del proyecto ENERGSYNTISSUE, financiado con fondos europeos, Liu se ha propuesto acortar esa brecha entre lo biológico y lo electrónico.
El uso de redes de gotas
Según Liu, existen numerosas distinciones importantes entre los tejidos biológicos y la electrónica artificial. Por ejemplo, los tejidos naturales consisten en células en el interior de una matriz extracelular (MEC). Dado que la naturaleza de las células y las características de la MEC varían en función del órgano, se producen diversos grados y tipos de rigidez, topografía y complejidad. Además, mientras que la electrónica artificial se basa en electrones para transportar información, las actividades bioelectrónicas del cuerpo humano utilizan iones para ello. «En vista de tales diferencias, la bioelectrónica debe adoptar los principios de la biología para que los dispositivos puedan trabajar en sinergia con órganos y tejidos vivos», señala Liu. Un modo de hacerlo es utilizando tejidos sintéticos hechos de redes de gotas que cuentan con compartimentos acuosos separados por bicapas lipídicas. «Entre todos los materiales sintéticos, las redes de gotas son los que más se aproximan a los tejidos naturales, en particular en lo relativo a sus propiedades mecánicas», añade Liu. En tales tejidos, cada gota representa una célula simplificada; la información se intercambia de forma interna entre esos compartimentos y con el entorno exterior. «Por ejemplo, al encapsular enzimas con los compartimentos, las células sintéticas pueden recibir y procesar señales biológicas», explica Liu.
Hacia tejidos sintéticos generadores de energía
Al combinar estos avances en las células sintéticas basadas en redes de gotas, Liu ha creado una electrónica generadora de energía similar a un tejido. «Hemos diseñado y fabricado satisfactoriamente la primera biobatería sostenible basada en redes de gotas, donde los circuitos eléctricos y las funciones electrónicas se establecen dentro de componentes biológicos», prosigue Liu. Liu demostró asimismo que las dos reacciones enzimáticas llevadas a cabo en las diferentes gotas pueden generar una corriente en la escala de nanoamperios y ofrecer un potencial de 720 mV con la batería más sencilla, formada por tan solo dos gotas y con unas medidas de apenas 480×680 μm2. Además, el potencial eléctrico determinado entre dos gotas diferentes puede impulsar los movimientos direccionales de las moléculas, capaces de contribuir a crear una señalización compleja y ortogonal dentro de los tejidos sintéticos, así como a mejorar la complejidad y funcionamiento del sistema. «Nuestra batería de gotas es capaz de generar tanto corrientes iónicas como eléctricas y permite producir señales eléctricas diferentes en función de las condiciones del entorno, como la temperatura y el nivel de NADH», añade Liu. Liu opina que este gran avance podría acortar la brecha entre las actividades biológicas y la electrónica convencional. «De este modo, estamos abriendo la puerta al desarrollo de nuevos diagnósticos y tratamientos para afecciones como las enfermedades cardiovasculares, las enfermedades neurodegenerativas, la ceguera, el cáncer, la diabetes y el asma», concluye Liu.
Palabras clave
ENERGSYNTISSUE, electrónica, tejidos biológicos, redes de gotas, tejidos sintéticos, bioelectrónica, matriz extracelular, biología, biobatería