Una bioelectrónica viva puede detectar y curar la piel
Bioingenieros diseñan un parche flexible que combina bacterias y sensores para interactuar con el cuerpo y tratar enfermedades como la psoriasis y la cicatrización de heridas en pacientes con diabetes.
Por Louise Lerner
Jiuyun Shi muestra el pequeño dispositivo que él y un equipo de científicos de la Universidad de Chicago han inventado y que integra células vivas, gel y sensores para crear una bioelectrónica viviente capaz de curar la piel. Foto: Jiuyun Shi and Bozhi Tian
El laboratorio del profesor Bozhi Tian, del Departamento de Química, en la Universidad de Chicago (Estados Unidos), lleva años aprendiendo a integrar el mundo de la electrónica —rígido, metálico y voluminoso— con el mundo del cuerpo —blando, flexible, delicado—. En su último trabajo, que ha sido publicado por la revista Science, Tian y sus colegas han creado un prototipo de lo que han bautizado como bioelectrónica viva: un ingenio tecnológico que combina de células vivas, gel y electrónica, y que puede integrarse en el tejido vivo.
Hablamos de parches que integran sensores, células bacterianas y un gel de almidón y gelatina. Las pruebas realizadas en ratones han demostradon que estos parches podían controlar y mejorar de forma continua síntomas similares a los de la psoriasis. Todo ello sin irritar la piel.
“Se trata de un puente respecto a la bioelectrónica tradicional, que incorpora células vivas como parte de la terapia— afirma Jiuyun Shi, coautor del artículo y antiguo estudiante de doctorado en el laboratorio de Tian que trabaja ahora en la Universidad de Stanford (EE. UU:). Y añade—: Estamos muy ilusionados, porque llevamos una década y media trabajando en su desarrollo”.
Los investigadores esperan que los principios en los que está basado el parche puedan aplicarse también a otras partes del cuerpo, como la estimulación cardiaca y neuronal.
El parche, extremadamente fino, incorpora un circuito electrónico flexible, un gel elaborado con almidón de tapioca y gelatina y bacterias amigables que ayudan a tratar afecciones de la piel. Foto: Jiuyun Shi and Bozhi Tian
Adaptar la electrónica al cuerpo humano siempre ha sido difícil. Aunque dispositivos como los marcapasos han mejorado innumerables vidas, tienen sus inconvenientes: la electrónica suele ser voluminosa y rígida, y puede causar irritaciones y rechazos.
Pero el laboratorio de Tian está especializado en descubrir los principios fundamentales que subyacen a la interacción entre células y tejidos vivos con materiales sintéticos; sus trabajos anteriores incluyen un diminuto marcapasos que puede controlarse con la luz y materiales resistentes pero flexibles que podrían constituir la base de implantes óseos.
En este estudio, el equipo de Tian adoptóiun nuevo enfoque. Normalmente, la bioelectrónica se compone de los propios componentes electrónicos y una capa blanda que los hace más biocompatibles con el organismo.
Una terecera capa.
Pero el grupo de Tian se preguntó si era posible añadir nuevas capacidades a estos dispositivos médicos integrando un tercer componente: las propias células vivas. Tian y sus colegas habían puesto la mirada en las propiedades curativas de ciertas bacterias, como el Staphylococcus epidermidis, un microorganismo que vive de forma natural en la piel humana y ha demostrado reducir la inflamación.
Con estos mimbres, el equipo de Tian desarrolló un dispositivo con tres componentes. La estructura principal consiste en un circuito electrónico, fino y flexible, con sensores. Este está recubierto de un gel confeccionado a partir de almidón de tapioca y gelatina, que es ultrasuave e imita la composición del propio tejido. El tercer elemento en juego son los Staphylococcus epidermidis, que se incluyen en el gel.
Cuando el dispositivo se coloca sobre la piel, las bacterias segregan compuestos que reducen la inflamación, y el sensor vigila la piel en busca de señales fisiológicas, como son la temperatura y la humedad.
El dispositivo o plataforma ABLE —circuitos, gel y carga bacteriana— se puede liofilizar para su almacenamiento y posterior uso. Foto: Jiuyun Shi and Bozhi Tian
En las pruebas realizadas con ratones propensos a padecer afecciones cutáneas similares a la psoriasis, se observó una reducción significativa de los síntomas.
Las pruebas iniciales con animales duraron una semana, pero los investigadores esperan que el sistema, al que llaman plataforma ABLE (Active Biointegrated Living Electronics), pueda ser utilizado durante medio año o más. Con el fin de hacer el tratamiento más cómodo, el dispositivo puede ser liofilizado para su almacenamiento y rehidratado fácilmente cuando se precise usarlo.
Dado que los efectos curativos son proporcionados por las propias bacterias, “es como si usáramos un fármaco vivo”, asegura Saehyun Kim, el otro coautor principal del artículo y estudiante de doctorado en el laboratorio de Tian. Y añade—: Así no tienes que recargar el parche”.
El parche podría usarse para tratar los síntomas de la psoriasis y acelerar la cicatrización de heridas en pacientes con diabetes.
Además de tratar la psoriasis —una enfermedad crónica de la piel que causa un sarpullido con manchas rojas y escamosas que pican, sobre todo en las rodillas, los codos, el tronco y el cuero cabelludo y que afecta al 2,3% de la población—, la bioelectrónica viva desarrollada por Tian podría aplicarse para acelerar la cicatrización de heridas en pacientes con diabetes.
Los diseñadores del parche también esperan extender este enfoque terapéutico a otros tipos de tejidos y células. "Por ejemplo, ¿podríamos crear un dispositivo capaz de produzca insulina o un dispositivo que interfiriese con las neuronas?— se pregunta Tian. Y continúa—: Hay muchas aplicaciones potenciales".
Para Tian, el parche es un sueño hecho realidad, un objetivo que se marcó hace casi quince años, cuando comenzó a experimentar con tejidos cíborg. "Desde entonces, hemos aprendido mucho sobre preguntas fundamentales, como cómo las células interfieren con los materiales y cuál es la química y física de los hidrogeles. Todo ello nos ha permitido dar este salto. Verlo convertirse en realidad ha sido maravilloso", confiesa Tian.
"Mi pasión siempre ha sido fozar los límites de lo que es posible en la ciencia—dijo Shi. Y continúa—: Espero que nuestro trabajo pueda inspirar a la próxima generación de diseños electrónicos".
Información facilitada por la Universidad de Chicago -Adaptación: Enrique Coperías / Rexmolón Producciones
Fuente: Jiuyun Shi et al. Active biointegrated living electronics for managing inflammation. Science (2024). DOI: 10.1126/science.adl1102
