El material 'vivo' e 'inteligente' que podría programarse para imitar los latidos del corazón

El investigador Carlos Sánchez Somolinos, del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Zaragoza, lidera una investigación que combina electroescritura por fusión de materiales inteligentes para aplicaciones biomédicas y robótica blanda.

Junto a su equipo, ha usado por primera vez materiales activos sensibles a estímulos, lo que conduce a estructuras con funciones mecánicas que pueden programarse digitalmente. “Fabricadas con materiales adecuados, estas estructuras podrían servir como andamiajes biomiméticos mecánicamente activos, frente a los pasivos utilizados en la actualidad", explica Sánchez Somolinos.

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"Bajo una estimulación adecuada, proporcionarían un andamiaje en el que las células en él cultivadas sientan las fuerzas cíclicas que experimentan en los tejidos vivos, por ejemplo, el corazón”, añade.

El hallazgo se ha publicado en la revista 'Advanced Materials' y podría ser la base para realizar cultivos celulares que emulen de forma precisa los tejidos vivos. Junto al investigador del INMA, firman el estudio Mehrzad Javadzadeh, estudiante de doctorado de la Universidad de Zaragoza, y Jesús del Barrio, profesor de la Universidad de Zaragoza e investigador en el INMA.

"Explorar lo pequeño"

Esta novedosa plataforma de microfabricación se aplica por primera vez en el mundo a elastómeros de cristal líquido, materiales inteligentes que responden mecánicamente a un estímulo externo como, en este caso, la temperatura.

La metodología presentada ha permitido depositar digitalmente fibras ultrafinas de elastómeros de cristal líquido con diámetros de apenas unas micras, frente a las de centenares de micras obtenidas por impresión 3D tradicional. Como resultado, se han obtenido microestructuras de estos materiales con dimensiones muy pequeñas, hasta ahora inaccesibles.

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La nueva técnica supera las metodologías actuales de microfabricación de estos materiales, en lo que respecta a su tamaño y control de la orientación molecular, ya que permite obtener microestructuras inteligentes sin precedentes con deformación mecánica a medida. “Este trabajo nos brinda la oportunidad de explorar lo pequeño”, resume Sánchez Somolinos.

Durante el proceso de electroescritura, el material adquiere una orientación microscópica preferente que es clave para controlar con precisión la magnitud y la dirección de las fuerzas que ejerce luego el material cuando es excitado con temperatura.

Estructuras inteligentes

Las estructuras preparadas con esta nueva plataforma de impresión tienen carácter inteligente, deformándose de manera controlada frente al estímulo externo, y atesoran una notable capacidad para realizar esfuerzos y trabajo mecánico de utilidad potencial en ámbitos como la robótica blanda y la biomedicina.

Actualmente, la técnica de la electroescritura la emplean algunos grupos de investigación internacionales en el ámbito de la biomedicina para preparar andamiajes estáticos para cultivo celular que imitan las características estructurales de tejidos vivos nativos, como el miocardio.

La microestructuración con electroescritura de materiales activos sensibles a estímulos, demostrada en el presente trabajo, conduce a estructuras biomiméticas activas con funciones mecánicas programadas digitalmente. “Se trata de procurar unas estructuras que emulen la matriz extracelular de la manera más representativa posible, es decir, tridimensionales y dinámicas”, ahonda el investigador. 

En 2017, el Laboratorio de Manufacturación Avanzada del INMA ya demostró por primera vez la impresión 4D de estos materiales, una técnica que permite extruir y depositar fibras del orden de los centenares de micras para fabricar estructuras inteligentes con materiales de elastómero de cristal líquido.