La ‘electrónica viva’ monitorea y cura la piel inflamada

Los investigadores crearon un prototipo de lo que llaman «bioelectrónica viva»: una combinación de células vivas, gel y componentes electrónicos que pueden integrarse con tejidos vivos.

Durante años, el laboratorio de Bozhi Tian ha estado aprendiendo cómo integrar el mundo de la electrónica (rígida, metálica, voluminosa) con el mundo del cuerpo (suave, flexible y delicado).

Los nuevos parches están hechos de sensores, células bacterianas y un gel elaborado a partir de almidón y gelatina. Las pruebas en ratones encontraron que los dispositivos pueden monitorear y mejorar continuamente síntomas como la psoriasis, sin irritar la piel.

«Este es un puente desde la bioelectrónica tradicional, que incorpora células vivas como parte de la terapia», dice Jiuyun Shi, coprimer autor del artículo y ex estudiante de doctorado en el laboratorio de Tian (ahora en la Universidad de Stanford).

«Estamos muy entusiasmados porque hemos tardado diez años y medio en desarrollarlo», afirma Tian.

Los investigadores esperan que los principios también puedan aplicarse a otras partes del cuerpo, como la estimulación cardiológica o neuronal.

Comparar la electrónica con el cuerpo humano siempre ha sido difícil. Aunque dispositivos como los marcapasos han mejorado innumerables vidas, tienen sus inconvenientes; Los dispositivos electrónicos tienden a ser voluminosos y rígidos y pueden causar irritación.

Pero el laboratorio de Tian se especializa en descubrir los fundamentos detrás de cómo las células y los tejidos vivos interactúan con los materiales sintéticos; su trabajo anterior incluía un pequeño marcapasos que podía controlarse con materiales ligeros y resistentes pero flexibles que podrían formar la base de implantes óseos.

En este estudio, adoptaron un nuevo enfoque. Normalmente, la bioelectrónica consiste en los propios componentes electrónicos, junto con una capa suave para que sean menos irritantes para el cuerpo.

Pero el grupo de Tian se preguntó si podrían añadir nuevas capacidades integrando un tercer componente: las propias células vivas. El grupo estaba intrigado por las propiedades curativas de ciertas bacterias como S. epidermidisun microbio que vive naturalmente en la piel humana y se ha demostrado que reduce la inflamación.

Crearon un dispositivo con tres componentes. El marco es un circuito electrónico delgado y flexible con sensores. Está recubierto con un gel creado a partir de almidón de tapioca y gelatina, que es ultra suave e imita la forma del propio tejido. Finalmente, los microbios S. epidermidis se incrustan en el gel.

Cuando el dispositivo se coloca sobre la piel, las bacterias secretan compuestos que reducen la inflamación y el sensor monitorea la piel en busca de señales como la temperatura y la humedad de la piel.

En pruebas con ratones propensos a enfermedades de la piel como la psoriasis, hubo una reducción significativa de los síntomas.

Sus pruebas iniciales duraron una semana, pero los investigadores esperan que el sistema, al que llaman plataforma ABLE, por Active Biointegrated Living Electronics, pueda utilizarse durante medio año o más. Para que el tratamiento sea más conveniente, dicen, el dispositivo se puede liofilizar para almacenarlo y rehidratarlo fácilmente cuando sea necesario.

Dado que los microbios proporcionan los efectos curativos, «es como una droga viva: no es necesario rellenarla», dice Saehyun Kim, el otro coautor del artículo y estudiante de Current PhD en el laboratorio de Tian.

Además del tratamiento de la psoriasis, los científicos pueden imaginar aplicaciones como parches para acelerar la cicatrización de heridas en pacientes diabéticos.

También esperan ampliar el enfoque a otros tipos de tejidos y células. «Por ejemplo, ¿se puede crear un dispositivo que produzca insulina o un dispositivo que se conecte a las neuronas?» dice Tian. «Hay muchas aplicaciones potenciales».

Tian dice que este es un objetivo que ha mantenido desde sus días como investigador postdoctoral hace casi 15 años, cuando comenzó a experimentar con «tejidos cyborg».

«Desde entonces, hemos aprendido mucho sobre cuestiones fundamentales, como cómo interactúan las células con los materiales y la química y física de los hidrogeles, lo que nos permite dar este salto», afirma. «Verlo hecho realidad fue fantástico».

«Mi pasión siempre ha sido ampliar los límites de lo que es posible en la ciencia», dice Shi. «Espero que nuestro trabajo pueda inspirar la próxima generación de diseños electrónicos».

El estudio aparece en Ciencia.

Los autores adicionales son de la Universidad de Chicago, la Universidad de Rutgers y la Universidad de Columbia.

Los investigadores utilizaron la Instalación de Caracterización de Materia Blanda y la Instalación de Nanofabricación Pritzker de la Universidad de Chicago. También están trabajando con el Centro Polsky para el Emprendimiento y la Innovación para comercializar la tecnología.

La financiación para el trabajo provino de la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU., la Fundación Nacional de Ciencias, el Programa de Aceleración Biohub de Chan Zuckerberg, una subvención inicial de la Universidad de Chicago y una subvención inicial de la Universidad Rutgers.

Fuente: Universidad de Chicago