Investigadores desarrollan método para hacer crecer tejidos ’Cyborg’ con nanoelectrónica embebida.
Científicos de Harvard, por primera vez, han creado un tipo de tejido “cyborg” mediante la incorporación de una red tridimensional funcional, de cables biocompatibles a nanoescala en tejidos humanos “ingenierizados”.
Como se describe en un artículo publicado el 26 de agosto en Nature Materials, un equipo de investigación multiinstitucional liderado por Charles M. Lieber, el Hyman Mark, Jr. Profesor de Química en la Universidad de Harvard y Daniel Kohane, profesor de Harvard Medical School en el Departamento de Anestesia en el Hospital infantil de Boston desarrollaron un sistema para la creación de “andamios” a nanoescala que podrían ser sembrados con células que más tarde se convirtieran en tejido.
También contribuyeron a la obra Robert Langer, del Instituto de Koch en el Massachusetts Institute of Technology, y Suo Zhigang, E. Allen, y Marilyn M. Puckett profesor de Mechanics and Materials at Harvard’s School of Engineering and Applied Sciences.
“Los métodos actuales que tenemos para el seguimiento o la interacción con los sistemas vivos son limitados”, dijo Lieber. “Podemos usar electrodos para medir la actividad en las células o tejidos, pero las daña. Con esta tecnología, por primera vez, podemos trabajar en la misma escala que la unidad de sistema biológico sin interrumpirlo. En última instancia, se trata de la fusión de tejido con la electrónica de una manera que se hace difícil determinar dónde termina el tejido y empieza la electrónica. ”
La investigación responde a la preocupación que ha sido asociada con el trabajo sobre el tejido de bioingeniería – cómo crear sistemas capaces de detectar los cambios químicos o eléctricos en el tejido después de haber sido cultivados e implantados. El sistema también podría presentar una solución a las luchas de los investigadores en el desarrollo de métodos para estimular directamente los tejidos artificiales y medir las reacciones celulares.
“En el cuerpo, el sistema nervioso autónomo realiza un seguimiento de pH, química, oxígeno y otros factores, y desencadena respuestas según sea necesario,” explicó Kohane. “Necesitamos ser capaces de imitar el tipo de bucles de retroalimentación intrínseca que el cuerpo ha desarrollado con el fin de mantener el control de calidad en el nivel celular y tisular.”
Utilizando el sistema nervioso autónomo como inspiración, Bozhi Tian, un antiguo estudiante de doctorado bajo Lieber y exestudiante postdoctoral en el Kohane y los laboratorios de Langer, y colaborador Jia Liu trabajaron en el laboratorio de Lieber en Harvard para construir una malla como las redes de silicio a nanoescal,a cables-sobre 30 a 80 nm de diámetro, en forma de planos lisos o en una conformación reticular. El proceso de construcción de las redes, Lieber, dijo, es similar a la utilizada para grabar microchips.
Comenzando con un sustrato de dos dimensiones, los investigadores diseñaron una malla de polímero orgánico alrededor de los cables a nanoescala, que sirven como los elementos críticos de detección a nanoescala. Electrodos a nanoescala, que conectan los elementos de nanocables, se construyeron entonces dentro de la malla para permitir los transistores de nanocables para medir la actividad en las células sin dañarlas. Una vez completo, el sustrato se disolvió, dejando a los investigadores con una esponja en forma de red o una malla que puede ser doblado o enrollado en un huésped de formas tridimensionales.
Una vez completa, las redes eran lo suficientemente porosas para permitir el equipo de semillas con células y estimular las células para crecer en cultivos 3D.
“Los esfuerzos previos para crear redes de bioingeniería de sensores se han centrado en dos dimensiones, donde los diseños de células de cultivo crecen en la parte superior de los componentes electrónicos, o en los diseños conformados donde las sondas se colocan en superficies de tejido”, dijo Tian. “Es deseable tener una imagen precisa del comportamiento celular dentro de la estructura 3D de un tejido, y también es importante tener sondas a nanoescala para evitar la interrupción de cualquiera arquitectura celular o tisular.”
Usando las células del corazón y de los nervios, el equipo ha dirigido con éxito que los tejidos contengan incrustadas redes a nanoescala sin afectar la viabilidad de las células o la actividad. Los dispositivos integrados, que fueron capaces de detectar señales eléctricas generadas por las células profundas dentro del tejido, y para medir los cambios de estas señales en respuesta a los fármacos cardio-o neuro-estimulantes.
Los investigadores también fueron capaces de construir vasos sanguíneos de bioingeniería, y se utiliza la tecnología integrada para medir los cambios de pH – como se vería en respuesta a la inflamación, isquemia y otros entornos de bioquímica o celular – tanto dentro como fuera de los vasos.
A pesar de una serie de aplicaciones potenciales existentes para esta tecnología, el uso a más corto plazo, dijo Lieber, puede provenir de la industria farmacéutica, donde los investigadores pueden utilizar la tecnología para estudiar con más precisión cómo las drogas recién desarrollados actuan en tejidos tridimensionales, en lugar de capas delgadas de células cultivadas. El sistema también podría usarse algún día para controlar los cambios en el cuerpo y reaccionar en consecuencia, sea a través de la estimulación eléctrica o la liberación de un fármaco.
Fuente: EurekAlert!