Los científicos de la Universidad de Princeton han creado un oído funcional que puede “oír” las frecuencias de radio más allá de la gama de la capacidad humana normal.

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El objetivo principal de los investigadores era estudiar un método eficiente y versátil de la fusión de la electrónica con los tejidos. Los científicos utilizaron la impresión 3-D de las células y nanopartículas, seguido por un cultivo de células que se combina con una antena pequeña que se pone en el cartílago, la creación que ellos llaman un oído biónico.

“En general, son mecanismos mecánicos y retos térmicos con la interfaz de materiales electrónicos a materiales biológicos”, dijo Michael McAlpine, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial de Princeton e investigador principal del proyecto. “Anteriormente, los investigadores han sugerido algunas estrategias para adaptar la electrónica para que esta fusión sea menos difícil, que normalmente ocurre entre una lámina de 2-D de la electrónica y una superficie del tejido. Sin embargo, nuestro trabajo sugiere un nuevo enfoque. El de construir y fusionar la biología con la electrónica de forma sinérgica y en un formato entrelazado con el 3-D”.

El equipo de McAlpine ha realizado varios avances en los últimos años que implican el uso de sensores médicos a pequeña escala y antenas. El año pasado, un esfuerzo de investigación dirigido por Naveen Verma, profesor asistente de ingeniería eléctrica y Fiorenza Omenetto de la Universidad de Tufts en el que desarrollaron un “tatuaje”, compuesto por un sensor biológico y una antena que puedes ser fijados a la superficie de un diente.

Este proyecto, sin embargo, es el primer esfuerzo del equipo para crear un órgano completamente funcional: uno que no sólo reproduce una capacidad humana, sino que la amplía con la electrónica incorporada.

“El diseño y la implementación de los órganos y los dispositivos biónicos que mejoran las capacidades humanas, conocidas como la cibernética, ha sido un área de creciente interés científico”, los investigadores escribieron un artículo, publicado en Internet en la revista Nano Letters. Y que “este campo tiene el potencial para generar las piezas de repuesto a la medida del cuerpo humano, o incluso crear órganos que contienen capacidades más allá de lo que la biología humana proporciona ordinariamente”.

La ingeniería de tejidos estándar implica sembrar algunos tipos de células, como las que forman el cartílago de la oreja, en un andamio de un material de polímero, llamado hidrogel. Sin embargo, los investigadores dijeron que esta técnica tiene problemas para replicar las estructuras biológicas tridimensionales complicadas. La reconstrucción del oído, “sigue siendo uno de los problemas más difíciles en el campo de la cirugía plástica y reconstructiva”, escribieron.

Para resolver el problema, el equipo se volvió hacia un enfoque de fabricación llamado impresión 3-D. Estas impresoras utilizan el diseño asistido por computadora (CAD). La impresora deposita capas de una variedad de materiales, que van desde plástico a las células, para construir un producto terminado. Los defensores dicen que el proceso, que también se llama fabricación aditiva, promete revolucionar industrias nacionales al permitir que pequeños grupos o individuos puedan hacer trabajo que antes sólo podía hacerse en las fábricas.

La creación de órganos con impresoras 3-D es un avance reciente, varios grupos han reportado el uso de la tecnología para este fin en los últimos meses. Pero ésta es la primera vez que los investigadores han demostrado que la impresión 3-D de es una estrategia efectiva para fusionar el tejido con la electrónica.

La técnica permitió a los investigadores, combinar la electrónica con el tejido, dentro de la compleja topología de un oído humano. Los investigadores utilizaron una impresora ordinaria 3-D para combinar una matriz de hidrogel y las células de una pantorrilla, con nanopartículas de plata que forman una antena. Las células de la pantorrilla se convirtieron después en el cartílago.

Manu Mannoor, un estudiante graduado en el laboratorio de McAlpine y autor principal del estudio, dijo que la fabricación auditiva abre nuevas maneras de pensar acerca de la integración de la electrónica con los tejidos biológicos y hace posible la creación de verdaderos órganos biónicos en forma y función. Dijo que puede ser posible integrar sensores en una variedad de tejidos biológicos, por ejemplo, un médico podría reemplazar el rasgado menisco de la rodilla de un paciente, por uno biónico, para supervisar la tensión en el nuevo cartílago durante las actividades físicas y prevenir otra lesión.