Próxima generación: Gusano robótico
Un robot parecido a una oruga impulsado por las contracciones de las células cardíacas. Elise A. Corbin.
Dispositivo: Los investigadores utilizaron tecnología de impresión 3D para crear robots de un centímetro de largo, alimentados por células cardíacas de rata que se contraen, que se mueven lentamente a lo largo de una superficie. Publicado la semana pasada (15 de noviembre) en Scientific Reports, el estudio aclara algunos principios del diseño de biobots y demuestra cómo la impresión 3D facilita el proceso de construcción de robots.
“La fusión de la ingeniería de tejidos y la impresión 3D es muy emocionante” dijo Henry Hess, un ingeniero biomédico de la Universidad de Columbia que no participó en el proyecto. La tecnología de impresión 3D hace que la fabricación de biobots sea fácil, precisa y reproducible, lo que permite a los investigadores concentrarse en perfeccionar los principios de ingeniería que subyacen al diseño exitoso de biobots.
Para hacer su máquina biológica con forma de oruga, Rashid Bashir y su Los colegas de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign usaron una impresora 3D para colocar capas delgadas de polímero, similar al material de las lentes de contacto…
La parte difícil vino al diseñar las piernas, dijo Bashir. . Para lograr movimientos tipo oruga, la pata trasera tiene que adherirse y la delantera tiene que moverse hacia adelante, luego la delantera tiene que adherirse y la trasera tiene que moverse hacia adelante, explicó. Así que tiene que haber un cambio asimétrico en la adhesión de la superficie.
Probaron varios diseños de distintos grosores de polímeros y longitudes de piernas, lo que alteró cuánto la fuerza de las células cardíacas latientes curvaban las piernas, alejándolas de la superficie. Algunos biobots tenían piernas que no podían tocar el suelo, mientras que otros tenían piernas que no liberaban la tensión superficial lo suficiente como para dar un paso adelante. La respuesta llegó en forma de un diseño asimétrico con una pierna larga y otra corta que resultó en el cambio justo en la adherencia para permitir que los bots avanzaran, dijo Bashir.
El exitoso robot, de aproximadamente medio centímetro de largo, es capaz de arrastrarse a aproximadamente un centímetro por minuto. Hemos tenido [los biobots] durante días o semanas, siempre que los cardiomiocitos puedan extraer nutrientes del medio líquido a través del cual caminan los biobots, dijo Bashir.
Novedades: Aunque el grupo de Bashir no es el primero en utilizar cardiomiocitos para impulsar pequeños biobots, esta es la primera vez que los científicos emplean la impresión 3D para facilitar el diseño de biobots, dijo Hess. Esta tecnología permite a los investigadores crear de manera predecible biobots del tamaño y la forma correctos, que están sujetos a fuerzas muy específicas de las células cardíacas, dijo Bashir.
Importancia: A través de la tecnología biobot todavía está en sus inicios, los investigadores esperan usar robots basados en la biología en muchas aplicaciones futuras, como detectar y atacar un tumor, o monitorear las células cancerosas en la sangre de un paciente, dijo Roger Kamm, ingeniero biológico del Instituto de Tecnología de Massachusetts, quien no participó en el proyecto.
Bashir imagina que sus pequeños biobots oruga podrían detectar y detectar toxinas en el medio ambiente. Él imagina que algún día podrían usarse como sensores de toxinas biodegradables, capaces de avanzar hacia concentraciones más altas de toxinas en el agua y liberar químicos neutralizantes para abordar el problema.
Necesita mejorar: el actual Los biobots son simplemente una prueba de principio. Aunque ahora pueden moverse durante semanas en medios ricos en nutrientes, aumentar su tamaño y capacidades o transportarlos a entornos tóxicos requerirá hacerlos menos dependientes de su entorno y más resistentes a él, dijo Kamm. Otros en la colaboración financiada por la Fundación Nacional de Ciencias que apoyó la investigación actual, llamada Comportamiento emergente de sistemas celulares integrados, están trabajando en dispositivos de microfluidos que podrían proporcionar nutrientes a las células cardíacas en biobots más grandes. Kamm también prevé futuros bots que utilicen muchos tipos diferentes de células: las células cardíacas aún podrían proporcionar movimiento, pero quizás las células de insectos podrían usarse para crear un exoesqueleto resistente, o las células vegetales podrían extraer energía solar.
Un gran desafío será crear biobots que vivan más que una división de cardiomiocitos, dijo Hess. Una visión, por supuesto, es generar una estructura verdaderamente viva, explicó. Podría vivir 80 años de la misma manera que un corazón humano gira componentes y dura mucho tiempo.
Pero los pequeños pasos son lo primero. Ahora que han demostrado algunos principios rectores para su diseño, Bashir y sus colegas planean diseñar máquinas biológicas que puedan cambiar de dirección y subir escaleras.
V. Chan et al., Development of Miniaturized Walking Biological Machines, Scientific Reports, doi: 10.1038/srep00857, 2012.
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