Los tejidos humanos experimentan una variedad de estímulos mecánicos que pueden afectar su capacidad para llevar a cabo sus funciones fisiológicas, como proteger a los órganos de lesiones. La aplicación controlada de tales estímulos a los tejidos in vivo e in vitro, ahora ha demostrado ser un instrumento para estudiar las condiciones que conducen a la enfermedad.
En la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), Suiza, el equipo de investigación de Selman Sakar ha desarrollado micromáquinas capaces de estimular mecánicamente las células y tejidos. Estas herramientas, impulsadas por músculos artificiales del tamaño de una célula, pueden completar tareas de manipulación en condiciones fisiológicas a escala microscópica.
Dicha herramienta consiste en microactuadores (elementos mecánicos y electro-mecánicos miniaturizados) y dispositivos robóticos suaves que se activan de forma inalámbrica mediante rayos láser. También pueden incorporar chips de microfluidos, lo que significa que se pueden usar para realizar pruebas combinatorias que involucran estimulación química y mecánica de una variedad de muestras biológicas.
Esta investigación ha sido publicada en Lab on a Chip.
Los científicos tuvieron la idea después de observar el sistema locomotor en acción (tejido muscular). Su sistema consiste en ensamblar varios componentes de hidrogel, que tiene la propiedad única de poder “recordar” su forma inicial. Cuando esta bola, ubicada al final de un tubo, se presiona contra un objeto, envuelve al objeto y adopta su forma. Los iones de calcio se inyectan a través del tubo, lo que hace que el hidrogel se solidifique.
En ese momento, el hidrogel se puede utilizar para transportar el objeto. Para mover objetos más pesados, el interbloqueo activado por los iones de calcio puede reforzarse elevando la temperatura localmente. Para liberar el objeto, los iones de calcio se vuelven a intercambiar por iones de potasio, lo que vuelve a ablandar la bola. “El hidrogel puede adoptar una variedad de formas, lo que lo convierte en una especie de pinza universal“.
“Nuestros microactuadores blandos se contraen de manera rápida y eficiente cuando se activan con luz infrarroja cercana. Cuando toda la red de miniactuadores a nanoescala se contrae, tira de los componentes del dispositivo circundante y alimenta la maquinaria“, dice Berna Ozkale Edelmann, autora principal del estudio.
Con este método, los científicos pueden activar de forma remota múltiples microactuadores en ubicaciones específicas. Los microactuadores completan cada ciclo de contracción-relajación en milisegundos.
Además de su utilidad en la investigación, esta tecnología también ofrece aplicaciones prácticas. Por ejemplo, los médicos podrían usar estos dispositivos como pequeños implantes médicos para estimular mecánicamente el tejido o para activar mecanismos de entrega de agentes biológicos.