Los tejidos que forman el corazón tienen una gran resistencia mecánica, buena conductividad eléctrica y mantienen un pulso fuerte y rítmico, propiedades que son difíciles de imitar en el laboratorio. Pero un nuevo material híbrido que combina un gel compatible con las células, resistentes nanotubos de carbono conductores de la electricidad y células cardiacas vivas, imita el tejido natural del corazón mejor que cualquier intento anterior. Con el tiempo, el nuevo material podría ser útil para aplicaciones médicas y robóticas.
Los tejidos biónicos, creados por Ali Khademhosseini, profesor de la división de Ciencias y Tecnología de la Salud de la Universidad de Harvard y del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) -ambos en Estados Unidos- podrían usarse como músculos para máquinas biológicas, tejidos vivos programables que se mueven y que llevan la biología sintética más allá de las células aisladas. A los ingenieros les cuesta conseguir muchas cosas de las que son capaces los tejidos naturales y las células con los materiales sintéticos que se usan en la robótica convencional, por ejemplo percibir y responder al entorno. Los investigadores esperan que crear máquinas con materiales biológicos como el tejido del corazón ampliará las posibilidades actuales. Los nuevos tejidos pueden nadar en el agua libres de cualquier atadura, pueden oscilar de un lado a otro y llevar a cabo otros movimientos programados mediante el control de su forma y espesor.
Si el uso de estos materiales en el cuerpo humano acaba siendo seguro, también se podrían usar para parchear el tejido dañado por los infartos. Los investigadores que crean tejido cardiaco en el laboratorio suelen usar polímeros y geles para proporcionar a las células cardiacas un entorno en el que crecer y comportarse como lo hacen en el cuerpo humano. Los materiales resultantes tienen dos fallos importantes, según Khademhosseini. No tienen la conductividad eléctrica del tejido cardiaco y no son tan fuertes mecánicamente.
"Cuando el corazón late, las células responden a esa fuerza mecánica y liberan sustancias químicas que potencian el crecimiento", explica Thomas Webster, ingeniero químico de la Universidad del Noreste en Boston (EE.UU.) que no ha estado involucrado en este trabajo. Y si el parche de tejido es menos conductivo que el resto del corazón, las señales eléctricas pueden sufrir retrasos. Si el parche que se coloca en el corazón de un paciente no tiene las propiedades exactas, puede no crecer como debe y puede tener problemas para latir al mismo ritmo que el resto del corazón, afirma Webster.
El grupo de Cambridge resuelve este problema añadiendo nanotubos de carbono a los geles para la creación de tejidos. El resultado es un gel viscoso con una red de fuertes fibras de carbono conductoras de la electricidad incrustada en él. Khademhosseini plantó células cardiacas en estos geles y estudió sus propiedades. Estos tejidos biónicos tenían una elasticidad parecida al del corazón de las ratas, mucho más elásticos que cualquier otro material fabricado anteriormente en un laboratorio. También tienen mucha mejor conductividad. Y eran mejores haciendo la labor principal del tejido cardiaco, latir en sincronía. Khademhosseini expuso el tejido biónico a varias sustancias químicas y descubrió que era relativamente resistente a las lesiones, quizá porque los nanotubos de carbono proporcionan enlaces eléctricos entre células que pueden mantenerse en contacto incluso en condiciones de estrés. Este trabajo se describe en la revista en líneaACS Nano.
Webster explica que antes de pensar siquiera en aplicaciones médicas, los investigadores tendrán que demostrar que los nanotubos de carbono no son tóxicos, sobre todo porque no son biodegradables y, de implantarse, probablemente estén presentes en el cuerpo durante mucho tiempo. Señala que aunque los materiales de carbono en sí sean seguros, el proceso de fabricación de los nanotubos puede dejar trazas de los catalizadores metálicos tóxicos.
Khademhosseini afirma que el primer uso para los materiales podría ser para máquinas biológicas que se usan para evaluar y reparar entornos tóxicos o reparar edificios. El año pasado los investigadores hicieron demostraciones con robots parecidos a medusas que nadaban libremente y con máquinas biológicas andantes construidas partiendo de tejidos cardiacos y polímeros. Pero si el material no es conductivo, sus aplicaciones son limitadas, sostiene Rashid Bashir, bioingeniero de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EE.UU.), que fabricó el robot andante. "Si se pueden crear patrones sobre el material base, se podrían crear circuitos dentro", afirma.
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