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Este robot raya es controlado por la luz

Una máquina con células de ratón puede ayudar a conocer el corazón humano

Los pulsos de luz controlan el movimiento de la raya robótica.

Esqueleto de oro, células de corazón de ratón y cuerpo y aletas como los de una raya. De eso está hecha una criatura artificial que se mueve al ritmo de pulsos de luz. En este robot raya confluyen ciencias que están al borde de la ficción, como la optogenética, que manipula el comportamiento con la luz, o la biología sintética, que hibrida materiales artificiales con tejidos de seres vivos. El objetivo último del engendro es conocer mejor el corazón humano.

La idea para crear a esta raya robótica le surgió a Kit Parker, un profesor de la Universidad de Harvard, mientras visitaba un acuario junto a su hija Caroline. "Pretendía acariciar a una raya y metió la mano en el agua. La raya escapó de su mano tan rápida como de forma elegante. Pensé que si pudiera recrear este sistema con la musculatura, se parecería mucho a la superficie trabecular del endocardio del corazón", explica este investigador del Instituto Wyss para la Ingeniería inspirada en la Biología.

La optogenética permitió que células cardíacas de ratones se contrajeran ante señales ópticas

Tras su "momento Eureka", como lo recuerda Parker, este bioingeniero y un amplio grupo de colegas estadounidenses y coreanos se propusieron recrear el movimiento elegante, ondulado y eficiente de los peces rajiformes en un robot de los llamados soft, o blandos en inglés. Para que se moviera, descartaron cualquier fuente de energía externa. Tampoco les interesaba probar con las propiedades elásticas de algunos nuevos materiales. En vez de eso, aprovecharon las grandes posibilidades que ofrece la optogenética.

Esta emergente disciplina combina manipulación genética con el uso de la luz para modificar, controlar o silenciar funciones de las células. Aunque la mayoría de los experimentos se han realizado con neuronas (todavía solo de animales de laboratorio), la optogenética también se ha ensayado con otro tipo de células.

Es el caso de los cardiomiocitos, propios del músculo cardíaco, que se contraen y expanden. En condiciones normales, un proceso bioquímico altera la concentración de calcio en la célula en lo que es la base del bombeo del corazón. En condiciones artificiales, por medio de la manipulación genética, la contracción se puede controlar con señales ópticas.

"Cuando mi hija era pequeña, yo apuntaba al suelo con un puntero láser y ella tenía que intentar pisarlo", vuelve  a recordar Parker. "Nos gustaba dar paseos por la calle y yo podía mantenerla segura en la acera solo con el puntero. Pensé que podríamos usar la optogenética para repetir esto en el tejido modificado de la raya y eso hicimos", añade el bioingenierio.

Comparación entre el robot raya y la 'Leucoraja erinacea' en la que se inspira. ampliar foto
Comparación entre el robot raya y la 'Leucoraja erinacea' en la que se inspira.

Alrededor de una estructura de oro como esqueleto, los investigadores desplegaron un material elástico (elastómero). Para disparar esa elasticidad, le imprimieron unos 200.000 cardiomiocitos de ratón siguiendo un patrón serpenteante. Con este dibujo, según explican en la revista Science, querían provocar un movimiento secuencial y ondulatorio en el robot. Y lo lograron: Usando pulsos de luz, la raya artificial se desplazaba hacia adelante imitando a las rayas naturales.

Pero la optogenética les permitió también controlar la maniobrabilidad de la criatura. Modularon la respuesta de las células implantadas para que solo se contrajeran ante una frecuencia de la luz determinada. En cada aleta del robot colocaron cardiomiocitos reactivos a una misma frecuencia. De esta manera, podían hacer que girara hacia la derecha o la izquierda según la luz que emitieran.

La raya artificial (10 veces más pequeña) resultó mucho más lenta que la natural. Pero el objetivo no era que participara en una carrera. El fin último era, como dice Parker, "entender mejor el corazón humano y las enfermedades cardíacas haciendo ingeniería inversa de otras formas de bombeo muscular que podemos ver en la naturaleza".

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