Se ha logrado vincular biología y tecnología gracias a la cultivación de electrodos en tejidos vivos del cerebro. Esto es fundamental para, en el futuro, combatir enfermedades cerebrales o desarrollar interfaces entre el hombre y la máquina.
El estudio lo han llevado a cabo investigadores de las universidades suecas de Linköping, Lund y Gotemburgo, que han conseguido este resultado utilizando las moléculas del organismo como activadores.
Los investigadores suecos, que son los primeros del mundo en conseguir esto, han publicado en la revista 'Science' dicho resultado, que allana el camino para la formación de circuitos electrónicos totalmente integrados en organismos vivos.
"Durante varias décadas hemos intentado crear electrónica que imitara la biología. Ahora dejamos que la biología cree la electrónica por nosotros", afirma el profesor Magnus Berggren, del Laboratorio de Electrónica Orgánica (LOE) de la Universidad de Linköping.
Sin embargo, la bioelectrónica convencional, desarrollada en paralelo con la industria de semiconductores, tiene un diseño fijo y estático que resulta difícil, si no imposible, de combinar con sistemas de señales biológicas vivas.
Para salvar esta brecha entre biología y tecnología, los investigadores han desarrollado un método para crear materiales blandos, sin sustrato y conductores electrónicos en tejidos vivos, que consiste en inyectar un gel que contiene enzimas como "moléculas de ensamblaje".
La investigación allana el camino para la formación de circuitos electrónicos integrados en organismos vivos
De este modo, lograron cultivar electrodos en el tejido de peces cebra y sanguijuelas medicinales. concretamente en el cerebro, el corazón y las aletas de la cola del pez y alrededor del tejido nervioso de sanguijuelas.
Los animales no sufrieron daños por el gel inyectado ni se vieron afectados por la formación de electrodos, pues se tuvo en cuenta en todo momento su sistema inmunitario.
"Haciendo cambios inteligentes en la química, pudimos desarrollar electrodos que fueran aceptados por el tejido cerebral y el sistema inmunitario. El pez cebra es un modelo excelente para el estudio de electrodos orgánicos en cerebros", afirma el profesor Roger Olsson, de la Facultad de Medicina de la Universidad de Lund, que también tiene un laboratorio de química en la Universidad de Gotemburgo.
"El contacto con las sustancias del cuerpo cambia la estructura del gel y lo hace conductor de la electricidad, cosa que no es antes de la inyección. Dependiendo del tejido, también podemos ajustar la composición del gel para poner en marcha el proceso eléctrico", explica Xenofon Strakosas, investigador de LOE y la Universidad de Lund y uno de los autores principales del estudio.
Las moléculas endógenas del cuerpo bastan para desencadenar la formación de electrodos. No hay necesidad de modificación genética ni de señales externas, como luz o energía eléctrica, que han sido necesarias en experimentos anteriores.
Este resultado allana el camino hacia un nuevo paradigma en bioelectrónica pues, si antes era necesario implantar objetos físicos para iniciar procesos electrónicos en el cuerpo, en el futuro bastará con inyectar un gel viscoso.
En su estudio, los investigadores demuestran además que el método puede dirigir el material conductor electrónico a subestructuras biológicas específicas y crear así interfaces adecuadas para la estimulación nerviosa.
Esto, a largo plazo, podría suponer la posibilidad de fabricar circuitos electrónicos totalmente integrados en organismos vivos.
La iniciativa del estudio la tomó el profesor Roger Olsson, después de leer sobre la rosa electrónica desarrollada por investigadores de la Universidad de Linköping en 2015.
El problema de la investigación se encuentra en la diferencia importante entre plantas y animales, pues su estructura celular es distinta.
Hanne Biesmans: "Aún nos quedan problemas por resolver, pero este estudio es un buen punto de partida para futuras investigaciones"
Mientras que las plantas tienen paredes celulares rígidas que permiten la formación de electrodos, las células animales son más bien una masa blanda.
Por ello, crear un gel con suficiente estructura y la combinación adecuada de sustancias para formar electrodos en ese entorno fue un reto que tardó muchos años en resolverse.
"Nuestros resultados abren vías completamente nuevas para pensar en biología y electrónica. Aún nos quedan muchos problemas por resolver, pero este estudio es un buen punto de partida para futuras investigaciones", concluye Hanne Biesmans, estudiante de doctorado en LOE y una de las autoras principales.