Músculos artificiales de cebolla
Los científicos pensaron que las células epidérmicas de la cebolla podrían servir de herramienta para crear un músculo más versátil que los desarrollados hasta el momento (que no pueden doblarse o contraerse al mismo tiempo, sino solo realizar una acción cada vez, en un solo sentido). El objetivo era crear un músculos artificiales de cebolla que al doblarse, se expandiera o contrayera sin problema en función del voltaje que circula por unos filamentos. Esto supone un paso más en la investigación de biomateriales con aplicación médica.
Desde hace algunos años los físicos y los biólogos han decidido unir sus fuerzas para producir materiales sintéticos que aprovechan algún diseño o algún componente ya presente en la naturaleza. Su aplicación más directa es la medicina, y de momento las innovaciones van desde las córneas artificiales, a las válvulas o marcapasos para el corazón, pasando por los geles que actúan como andamios y que permiten guiar la cicatrización de grandes heridas en la piel.
Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Taiwán ha conseguido crear un músculo artificial fabricado a partir de células de cebolla. Este innovador tejido que puede expandirse o contraerse con facilidad dependiendo de la tensión aplicada, ha sido presentado en la revista Applied Physics Letters. Para demostrar la utilidad de su dispositivo, los investigadores combinaron dos músculos realizados con células de cebolla en un par de pinzas que utilizaron para coger una bola de algodón.
“El objetivo inicial era desarrollar una microestructura mediante ingeniería en músculos artificiales para aumentar la deformación de actuación [la cantidad que el músculo puede doblarse o estirarse cuando se activa]. Un día, vimos que la estructura celular de la cebolla y sus dimensiones eran similares a lo que habíamos estado haciendo”, aclara Wen-Pin Shih, líder del estudio.
Cocinando con alta tecnologia
La epidermis de la cebolla, la frágil piel justo debajo de la superficie de la cebolla, es una capa delgada y translúcida de células dispuestas en bloques en una retícula apretada. Shih y sus colegas pensaron que las células epidérmicas de cebolla podrían ser un candidato viable para la difícil tarea de crear un músculo más versátil que pueda expandirse o contraerse mientras se dobla. Hasta la fecha, según Shih, los músculos artificiales se pueden doblar o contraer, pero no al mismo tiempo.
Para ello, utilizaron las células de epidérmicas de la cebolla a las que trataron con ácido para eliminar la hemicelulosa, una proteína que provoca que las paredes sean rígidas; más tarde, revistieron ambos lados de la capa de cebolla con oro. El resultado fue todo un éxito: al fluir la corriente a través de los electrodos de oro, las células de cebolla se doblaban (con un bajo voltaje) y se estiraban (con un alto voltaje) como un músculo “natural”.
«Hemos hecho intencionalmente la parte superior e inferior de electrodos de un grosor diferente para que la rigidez de la célula se vuelva asimétrica de arriba a abajo», detalla Shih. La asimetría dio a los investigadores el control sobre la respuesta del músculo: un bajo voltaje hizo que se expandiera y flexionara hacia abajo, hacia la capa inferior más gruesa, y un alto voltaje, por otro lado, provocó que las células se contrajesen y flexionaran hacia arriba, hacia la capa superior más delgada. «Encontramos que la estructura de red de una sola capa puede generar modos de actuación únicos que no se han logrado nunca con los anteriores músculos diseñados artificialmente. «Nuestro próximo paso es reducir el voltaje empleado para la activación y la fuerza de accionamiento», afirma Shih.
En el futuro, estos expertos esperan aumentar la potencia de manejo de sus músculos artificiales.
Un camino muy largo por delante
Según explica Miguel Manso, investigador en el Departamento de Física Aplicada de la Universidad Autónoma de Madrid, «esta investación supone un avance, pero otra cosa es que esa estructura sea implantable en algún animal, no digamos ya en humanos».
En su opinión, el dispositivo «primero tendría que demostrar su eficacia en sistemas vivos y posteriormente pasar una serie de pruebas. Como que no produzca rechazo, ya sea alérgico o inmunológico, y que al degradarse no genere residuos perjudiciales».
Preguntas al autor del estudio
Wen-Pin Shih explica por correo cómo funcionan estos músculos artificiales:
-¿Cómo conseguisteis que las células de cebolla se contrajeran?
Usamos la fuerza electrostática para deformar la pared de las células y conseguir la contracción. Más concretamente, aplicamos un voltaje entre las paredes celulares inferiores y superiores. Esto induce a la fuerza electrostática a tirar de las superiores y las inferiores contra las otras. Esa deformación tirará de las paredes laterales hacia las otras. Así que la capa de células se encoge en el plano.
-¿Es necesario alimentar a las células mientras se están contrayendo?
No, las células ya están muertas en el músculo artificial. Para construirlos, una de las primeras cosas que hicimos fue secar las células sin destruir la estructura de sus paredes. Y luego deformamos estas pareces para conseguir esta función similar a la de los músculos.
-¿Cuáles son los posibles usos de este tipo de tecnología?
Los electrodos de oro y las células de cebolla son biocompatibles (o sea, que no producen rechazo). Los posibles usos estarían en el campo de la biomedicina. Además, en nuestro artículo, también presentamos un pequeño dispositivo para mover pequeñas masas. Así que otra aplicación sería hacer manipulaciones robóticas.
