Los científicos han creado un pez robótico con células de músculo cardíaco humano que nada de forma autónoma. Su objetivo es contribuir al desarrollo de un corazón artificial biológico que funcione.
Azotando su cola, nada por su acuario. Desde la distancia parece un pez, pero en realidad es un robot biohíbrido (una combinación de componentes técnicos y biológicos) que ayuda a investigar el desarrollo de un corazón artificial. Su cola está formada por células musculares de corazón humano cultivadas. El pequeño pez robot nada de manera independiente porque las células musculares imitan las contracciones de un corazón que bombea.
Algunos ingenieros construyen cosas de acero, otros de plástico y otros de cerámica. Construimos cosas a partir de células vivas", afirma Kit Parker, profesor de bioingeniería de la Universidad de Harvard (EE. UU.) y uno de los creadores del pez biohíbrido, publicado en la revista científica Science. Aprender a construir con células vivas es importante si queremos que esto pase de ser una forma de arte a un modelo técnico para la medicina regenerativa", afirma.
El objetivo final de estos científicos es conseguir un corazón artificial biológico que funcione plenamente para los niños que nacen con problemas cardíacos.
Contracción y Estiramiento
Reproducir un corazón no es fácil. Es una máquina robusta y biológica que bombea sangre a través de su cuerpo, con suerte durante ochenta o cien años de manera continua. Esto supone unos 3.500 millones de latidos. El corazón está formado por unos cuantos miles de millones de células musculares que trabajan de forma coordinada para realizar estos movimientos. Para poder llegar a fabricar un corazón artificial, ahora estamos trabajando en la construcción de un modelo mejor para estudiar las actividades y funciones de estos músculos a nivel de tejido", afirma Sung Jin Park, de la Universidad estadounidense de Emory, que también participa en la investigación.
Para estudiar el comportamiento colectivo de los músculos cardíacos a nivel tisular, el grupo de investigación estadounidense desarrolló previamente una medusa artificial y una raya hecha con láminas de tejido muscular cardíaco cultivado de ratas. Ahora dan un paso más al cultivar células de músculo cardíaco humano y utilizar una segunda capa de tejido muscular. Construyeron una cola de pez a partir de dos capas de tejido muscular con gelatina en medio. Cuando un músculo se contrae, el otro se estira. Este estiramiento activa una proteína en el músculo que, a su vez, provoca una contracción que estira el otro músculo.
Este proceso de contracción y estiramiento se repite una y otra vez, haciendo que la cola se balancee hacia adelante y hacia atrás en forma de pez. Añadiendo una especie de cabeza de pez y una aleta caudal, los investigadores crearon un pez biohíbrido de casi 14 milímetros. Para que pueda nadar en posición vertical por el agua, tiene una aleta de plástico estabilizadora a cada lado.
Sensible a la luz
Al igual que con la raya artificial, las células musculares se han hecho sensibles a la luz. Esto hace que una parte del tejido muscular se contraiga bajo la luz roja y la otra bajo la luz azul. Con la luz podemos hacer que los peces biohíbridos empiecen y dejen de nadar y controlen su velocidad", dice Park. Una vez activados, nadan de forma independiente, sin luz". Los peces pueden impulsarse durante más de cien días. Esto da tiempo a que el tejido muscular se fortalezca. Al cabo de unos veinte días, el pez biohíbrido nadaba con la misma eficacia que un pez real de tamaño similar.
Marcapasos biológico
Debido a la resistencia del agua, el pez va más despacio. Para evitar que se detengan, los investigadores imitaron una especie de marcapasos biológico. Al igual que en el corazón, mantiene el ritmo de contracción.
Es una investigación divertida y hermosa que combina tecnología y biología", afirma Berend van Meer, experto en la vanguardia de la ingeniería y la medicina en el Centro Médico de la Universidad de Leiden. El movimiento de natación de un pez parece muy diferente del latido de un corazón, pero han demostrado que pueden controlar las células del músculo cardíaco y construir con ellas.
Un corazón artificial completo está todavía muy lejos, continúa Van Meer. Se trata de un trozo pequeño y plano de célula muscular, mientras que el corazón está formado por una capa mucho más grande y gruesa de tejido muscular por la que discurren, por ejemplo, los vasos sanguíneos. Sin embargo, se pueden utilizar pequeños trozos de tejido controlados para crear modelos de prueba de fármacos o estudiar enfermedades cardíacas. Y, con el tiempo, también podría ser un componente de un corazón artificial.