Impressió 3D i cèl·lules musculars: la fórmula dels nous robots vius

Un grup d'investigadors catalans de l'Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) ha desenvolupat una nova generació de biobots (robots amb una part de la seva anatomia artificial i una altra composta per cèl·lules) amb capacitat per autoentrenar-se, nedar i moure's 791 vegades més ràpid que la generació actual. Les futures aplicacions d'aquests robots poden obrir nombroses portes en camps com l'administració de fàrmacs, el desenvolupament de pròtesis o en la neteja mediambiental.

Aquests petits robots, de poc més d'un centímetre de longitud, tenen a l'interior un esquelet fabricat amb una impressora 3D. Aquest esquelet, fet amb un polímer anomenat PDMS, “és prou feble per poder estrènyer-lo i alhora elàstic perquè retorni aquesta força”, explica Samuel Sánchez, investigador ICREA a l'IBEC i un dels líders del projecte amb Maria Giux. És la primera vegada que s'inclou una estructura d'aquest tipus en un sistema viu de robòtica tova.

L'asimetria de la seva arquitectura és el que li permet desplaçar-se. En contreure's les cèl·lules musculars (ja sigui amb estímuls o de forma autònoma), la part més feble d'aquest esquelet cedeix i es produeix el moviment. “És com una molla”, explica Sánchez. “Si fos simètric, en contreure's les cèl·lules, el robot només bategaria”, afegeix. Aquest moviment crea un bucle que es retroalimenta amb la força que li retorna la molla, la qual cosa provoca, a més del moviment, que les cèl·lules s'exercitin de manera independent. És el que l'equip ha anomenat “autoentrenament”.

La idea a llarg termini és desenvolupar les pròtesis amb les cèl·lules del pacient per evitar rebutjos i incompatibilitats

Aquests nous biorobots poden moure's a una velocitat de 3,32 cm/min (un caragol de jardí, per exemple, recorre 8,32 cm/min aproximadament). Però no es limiten només a desplaçar-se. Aquesta nova generació també és capaç de lliscar quan es troben prop del fons d'un recipient. Els investigadors comparen aquests moviments del robot amb els dels peixos zebra, que es caracteritzen per combinar fases en les quals s'impulsen amb fases de deixar-se endur per la inèrcia.

Les cèl·lules que envolten aquest robot són cèl·lules musculars vives provinents de ratolins, però la idea en el futur és fer-ho amb cèl·lules humanes, una cosa en què ja estan treballant. Sánchez explica: “L'aplicació a curt termini és imprimir aquestes cèl·lules musculars humanes i afegir-hi principis actius antienvelliment per recuperar la força muscular, millorar l'elasticitat, la regeneració muscular o de les fibres …”. Els potencials usuaris són persones amb distròfies musculars o amb músculs envellits. Segons l'investigador, ja hi ha empreses i hospitals interessats en el projecte, publicat recentment en la revista Science Robotics.

A més, aquest descobriment permetrà millorar les pròtesis mèdiques que s'utilitzen actualment. “Un dit humà té parts toves i parts rígides. Però ara un dit artificial normalment és rígid. El dia de demà podrem fer pròtesis híbrides, amb parts toves i parts rígides”, diu Sánchez. La idea és utilitzar les cèl·lules del pacient per evitar rebutjos, tot i que l'investigador destaca que per poder donar-li aquest ús encara cal fer moltes proves.

A principis de l'any passat, un equip d'investigadors nord-americans amb coneixements de bioenginyeria va assemblar dos tipus de cèl·lules de la granota d'ungles africana. Amb l'ajuda d'un ordinador, es retallaven aquestes agrupacions de cèl·lules per aplicar uns dissenys concrets, que feien que les cèl·lules poguessin moure's en una direcció determinada. En aquest primer experiment, no obstant això, no existia cap peça plàstica.

Malgrat disposar d'aquestes cèl·lules vives, Sánchez rebutja la possible controvèrsia bioètica: “Vam començar a debatre amb la biòloga del grup si era un organisme viu i vam arribar a la conclusió que està compost de cèl·lules vives, però no es reproduirà”. “Neix, creix i deixa de funcionar”, resumeix.

Encara que ja s'estan fent proves per aplicar-los, l'equip té tasques pendents, com comprovar en quina mesura l'afecten els fàrmacs o reduir-ne la grandària. “Estem integrant nanopartícules a la part biològica per millorar la comunicació cel·lular i sensors a la part artificial per poder detectar quina és la força externa”, afegeix també Sánchez. “Volem incloure partícules magnètiques i tenir control magnètic extern, perquè se sàpiga a cada moment on és aquest robot i poder portar-lo d'un punt a un altre”.

Ricard Solé, investigador ICREA a la Universitat Pompeu Fabra, considera aquest avanç com un important pas endavant: “Els biorobots que han fet amplien les possibilitats, perquè utilitzant només la biologia estàs força limitat. En aquest sentit, la biologia és un obstacle perquè ella decideix per tu”. El també físic i biòleg destaca el valor del disseny de l'estructura plàstica: “Els experiments previs que hem vist es feien amb elements més grans. El disseny és molt fàcil de reproduir en altres escales i reduir la grandària és qüestió de posar-s'hi”.

Solé no posa terminis a l'aplicació real d'aquesta nova tecnologia, tot i que avisa del gran ventall d'oportunitats que ofereixen aquests robots. “Tot està començant. El pas inicial és demostrar que pots manejar la matèria viva. Aquest és el gran repte”, remata.