Los límites entre la biología y la tecnología se están desdibujando. Investigadores de las universidades de Linköping, Lund y Gotemburgo en Suecia han desarrollado con éxito electrodos en tejido vivo usando las moléculas del cuerpo como disparadores. El resultado, publicado en la revista Science, allana el camino para la formación de circuitos electrónicos completamente integrados en organismos vivos.

« Durante varias décadas, hemos tratado de crear productos electrónicos que imiten a la biología. Ahora dejamos que la biología cree los productos electrónicos para nosotros », dice el profesor Magnus Berggren del Laboratorio de Electrónica Orgánica, LOE, en la Universidad de Linköping.

Vincular la electrónica al tejido biológico es importante para comprender funciones biológicas complejas, combatir enfermedades en el cerebro y desarrollar interfaces futuras entre el hombre y la máquina. Sin embargo, la bioelectrónica convencional, desarrollada en paralelo con la industria de los semiconductores, tiene un diseño fijo y estático que es difícil, si no imposible, de combinar con sistemas de señales biológicas vivas.

Para cerrar esta brecha entre la biología y la tecnología, los investigadores han desarrollado un método para crear materiales conductores electrónicos suaves, sin sustrato y en tejido vivo. Al inyectar un gel que contenía enzimas como « moléculas de ensamblaje », los investigadores pudieron cultivar electrodos en el tejido del pez cebra y las sanguijuelas medicinales.

« El contacto con las sustancias del cuerpo cambia la estructura del gel y lo hace conductor de la electricidad, lo cual no es antes de la inyección. Dependiendo del tejido, también podemos ajustar la composición del gel para que el proceso eléctrico comience », dice Xenofon. Strakosas, investigador de la LOE y de la Universidad de Lund y uno de los principales autores del estudio.

Las moléculas endógenas del cuerpo son suficientes para desencadenar la formación de electrodos. No hay necesidad de modificación genética o señales externas, como luz o energía eléctrica, que han sido necesarias en experimentos anteriores. Los investigadores suecos son los primeros en el mundo en tener éxito en esto.

Su estudio allana el camino para un nuevo paradigma en bioelectrónica. Donde anteriormente se necesitaban objetos físicos implantados para iniciar procesos electrónicos en el cuerpo, la inyección de un gel viscoso será suficiente en el futuro.

En su estudio, los investigadores muestran además que el método puede dirigir el material conductor electrónico a subestructuras biológicas específicas y, por lo tanto, crear interfaces adecuadas para la estimulación nerviosa. A largo plazo, la fabricación de circuitos electrónicos totalmente integrados en organismos vivos puede ser posible.

En experimentos realizados en la Universidad de Lund, el equipo logró con éxito la formación de electrodos en el cerebro, el corazón y las aletas caudales del pez cebra y alrededor del tejido nervioso de las sanguijuelas medicinales. Los animales no resultaron dañados por el gel inyectado y, por lo demás, no se vieron afectados por la formación de electrodos. Uno de los muchos desafíos en estos ensayos fue tener en cuenta el sistema inmunológico de los animales.

« Al realizar cambios inteligentes en la química, pudimos desarrollar electrodos que fueron aceptados por el tejido cerebral y el sistema inmunitario. El pez cebra es un excelente modelo para el estudio de electrodos orgánicos en el cerebro », dice el profesor Roger Olsson de la Facultad de Medicina. en la Universidad de Lund, que también tiene un laboratorio de química en la Universidad de Gotemburgo.

Fue el profesor Roger Olsson quien tomó la iniciativa del estudio, después de leer sobre la rosa electrónica desarrollada por investigadores de la Universidad de Linköping en 2015. Un problema de investigación, y una diferencia importante entre plantas y animales, fue la diferencia en la estructura celular. Mientras que las plantas tienen paredes celulares rígidas que permiten la formación de electrodos, las células animales se parecen más a una masa blanda. Crear un gel con la estructura suficiente y la combinación correcta de sustancias para formar electrodos en ese entorno fue un desafío que llevó muchos años resolver.

« Nuestros resultados abren nuevas formas de pensar sobre la biología y la electrónica. Todavía tenemos una serie de problemas que resolver, pero este estudio es un buen punto de partida para futuras investigaciones », dice Hanne Biesmans, estudiante de doctorado en LOE y una de las los principales autores.