Logran mediante electro-escritura un material 'vivo' que podría imitar los latidos del corazón

El investigador del CSIC Carlos Sánchez Somolinos, del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), lidera una nueva línea de investigación, pionera a nivel internacional, que combina electro-escritura por fusión de materiales inteligentes para aplicaciones biomédicas y robótica blanda. Los investigadores han usado por primera vez materiales activos sensibles a estímulos, lo que conduce a estructuras biomiméticas activas con funciones mecánicas que pueden programarse digitalmente. El estudio se ha publicado en 'Advanced Materials' y supone un hallazgo pionero que podría ser la base para realizar cultivos celulares que emulan los tejidos vivos de forma precisa.

"Fabricadas con materiales adecuados, estas estructuras podrían servir como andamiajes biomiméticos mecánicamente activos, frente a los pasivos utilizados en la actualidad, proporcionando, bajo una estimulación adecuada, un andamiaje en el que las células en él cultivadas sientan las fuerzas cíclicas que experimentan en los tejidos vivos, por ejemplo, el corazón", explica Sánchez Somolinos. Firman el estudio junto al investigador del INMA Mehrzad Javadzadeh, estudiante de doctorado de la Universidad de Zaragoza en el INMA, y Jesús del Barrio, profesor de la Universidad de Zaragoza e investigador en el INMA.

Una técnica pionera

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 la temperatura. La metodología presentada ha permitido depositar digitalmente fibras ultrafinas de elastómeros de cristal líquido con diámetros de apenas unas micras (la millonésima parte de un metro), frente a las de centenares de micras típicamente obtenidas mediante impresión 3D convencional.

Como resultado, se han obtenido microestructuras de estos materiales con dimensiones muy pequeñas que hasta ahora eran inaccesibles con otras técnicas de estructuración. 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 bajo demanda. "Este trabajo nos brinda la oportunidad de explorar lo pequeño", resume Sánchez Somolinos.

Durante el proceso de electro-escritura, el material adquiere una orientación microscópica 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. 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 electro-escritura es empleada por algunos grupos de investigación internacionales en el ámbito de la biomedicina para preparar andamiajes estáticos que imitan las características estructurales encontradas en tejidos vivos nativos, como el miocardio.

La microestructuración con electro-escritura 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", explica el investigador.

El Laboratorio de Manufacturación Avanzada del INMA ya demostró en 2017 la impresión 4D de elastómeros de cristal líquido, una técnica que permite fabricar estructuras inteligentes con estos materiales.

Referencia

Mehrzad Javadzadeh, et al. 'Melt electrowriting of liquid crystal elastomer scaffolds with programmed mechanical response'. 'Advanced Materials'. (2022).