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Raya biónica

Una raya biónica o cíborg hecha de silicona y oro es movida por células vivas de corazón de rata en un primer paso para la creación de un corazón artificial.

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A veces las noticias sobre los avances científicos que se dan en los medios se parecen más a la ciencia ficción que a la realidad. La última de estas noticias versa sobre una raya cíborg hecha de silicona y oro que es movida por células vivas de corazón de rata sensibles a la luz.

Lo primero que hay que decir es que no se trata de un resultado obtenido por algún científico loco, sino de un trabajo serio realizado por un grupo de investigadores de la Universidad de Harvard. La investigación va encamina hacia la creación de robots bioinspirados o hacia la consecución de un corazón artificial.

El grupo de investigación está dirigido por Kevin Kit Parker. Este científico quería construir un corazón humano. A la vez, a su hija Caroline le gusta mucho el Acuario de Bostón, lugar que visitan de vez en cuando.

Una vez, mientras visitaban este acuario, se quedó embelesado con el movimiento de las medusas y copió la idea para crear un medusoide artificial hecho con una “bolsa” de silicona y unas células cardiacas. Este medusoide nadaba dentro de una disolución azucarada (para alimentar las células vivas) gracias a unos impulsos eléctricos. A partir de aquí sería más fácil desarrollar otros conceptos, como el de la raya biónica.

En otra visita al mismo acuario Caroline pretendía acariciar a una raya y metió la mano en el agua. La raya escapó de su mano tan rápida y elegantemente. Entonces Parker notó las similitudes entre los músculos que la raya usa para moverse y los músculos de un corazón humano. Así que las obsesiones de hija y padre llevaron a este a pensar que un primer paso sería construir una raya biónica guiada por luz y movida por células de corazón de rata.

“Cuando mi hija Caroline era pequeña, yo apuntaba al suelo con un puntero láser y ella tenía que intentar pisarlo. Nos gustaba dar paseos por la calle y yo podía mantenerla segura en la acera solo con el puntero. Así que pensé que podríamos usar la optogenética para repetir esto mismo con el tejido modificado de la raya y eso es lo que hicimos”, dice Parker.

Para este proyecto fue reclutando distintos expertos de varias instituciones. Esto llevó a este grupo de científicos a un “viaje” de cuatro años de investigación que empezó con la disección de varias rayas reales.

La raya biónica que han logrado ahora tiene un cuerpo plano similar a de las verdaderas que se extiende en forma de aletas desde la cabeza, pero más pequeño. Mide sólo 16 mm y pesa 10 gramos. Las aletas se mueven en el agua de una forma que emula la eficiencia de las rayas reales.

Los investigadores depositan células cardiacas (cardiomiocitos) sobre un cuerpo plano de silicona inerte y eléctricamente neutro gracias a un esqueleto de oro. Entonces, cuando los cardiomiocitos son estimulados se contraen y mueven las aletas de la raya artificial de arriba a abajo.

Para un movimiento completo se necesitaría dos capas de cardiomiocitos, pero, para evitar precisamente esto, el diseño del esqueleto de oro permite almacenar energía mecánica que es devuelta al sistema según las células se relajan, a modo de como lo hace un muelle. De esta manera, se produce un movimiento de vaivén con una sola capa de 200.000 cardiomiocitos que permite este aleteo ondulado.

Los cardiomiocitos son cultivados a partir de embriones de rata de dos días con un patrón radial similar al patrón que siguen los músculos natatorios de las rayas vivas. Para ello imprimen una capa de fibronectina, que es una proteína extracelular que guía el crecimiento de este tipo de células.

Además, los cardiomiocitos fueron modificados genéticamente con virus especiales para que reaccionaran a la presencia de luz y se pudieran así usar pulsos de luz para controlar el sistema. Gracias a esto es posible dirigir el cíborg en el sentido deseado. Usando diferentes frecuencias en los pulsos luminosos se puede, además, controlar la velocidad.

La raya biónica puede moverse a 9 metros por hora, que es poco comparado con las rayas reales, pero es todo un logro que sea posible algo así al ser una fusión entre la robótica y la biología. Pero no está claro que esto lleve a robots que sean realmente prácticos. Parece más fácil lograr un corazón artificial, para el que sólo harían falta dos capas de músculo alrededor de una cavidad. La raya cíborg es el primer paso para entender mejor cómo funciona el corazón y cómo poder replicarlo.

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Fuentes y referencias:
Artículo original [2]
Crean un medusoide. [3]
Foto: Karaghen Hudson y Michael Rosnach