¿Qué pasaría si tu casa pudiera responder a la rotura de una de sus vigas estructurales simplemente reparándose a sí misma, o si los puentes pudieran parchear sus propias grietas en el momento en que aparecen?
Aunque suene a fantasía, existe un campo de investigación cada vez más amplio dedicado a los llamados «materiales vivos» que algún día podrían permitir esa funcionalidad. Un nuevo ejemplo del Imperial College de Londres aplica este tipo de pensamiento a pequeños bloques de construcción en 3D que pueden reparar sus propios daños.
Un ámbito de la investigación sobre materiales vivos en el que estamos viendo bastante actividad es el del hormigón, con estudios que demuestran cómo las bacterias pueden incrustarse en el material y responder a los daños causados por el agua produciendo piedra caliza o pegamentos especiales que rellenan las grietas.
El reto consiste en imitar y combinar las distintas características que ofrece la biología. No sólo intentamos emular esos sistemas, sino diseñar la biología para que tenga características adicionales que se adapten mejor a las necesidades que buscamos sin intervención directa. En última instancia, queremos aumentar la vida útil de un producto, prevenir los fallos de los sistemas antes de que el problema sea visible a simple vista y que el material piense por sí mismo.
Dr. Patrick Rose, Oficina de Investigación Naval Global de Londres.
Los autores del nuevo estudio se propusieron desarrollar materiales vivos de ingeniería (ELM) que puedan reparar sus propios daños mediante un sistema de detección y respuesta de inspiración biológica. Esto se basaría en trabajos anteriores del grupo sobre materiales similares capaces de detectar cambios a su alrededor, desarrollando versiones que podrían adoptar un papel más activo y servir como bloques de construcción versátiles para una serie de propósitos.
Antes hemos creado materiales vivos con sensores incorporados que pueden detectar señales y cambios en el entorno. Ahora hemos creado materiales vivos que pueden detectar daños y responder a ellos curándose a sí mismos.
Tom Ellis, autor del estudio.
Para ello se usó una bacteria llamada Komagataeibacter rhaeticus, que se modificó genéticamente para producir cultivos celulares fluorescentes con forma de esfera, denominados «esferoides».
Estos esferoides tridimensionales pueden organizarse en formas y patrones como si fueran bloques de construcción, y el equipo puso a prueba su capacidad de autorreparación en un material estructural natural llamado celulosa bacteriana.
La celulosa bacteriana es un material similar a un andamio que sintetizan algunas bacterias y que tiene un amplio potencial en varias industrias, encontrando uso en papel de alta resistencia, filtros en altavoces y en la atención médica como vendaje de heridas.
Los científicos perforaron agujeros en una gruesa capa de celulosa bacteriana y luego plantaron sus esferoides en los huecos. Tras tres días de incubación, los esferoides repararon el daño y recuperaron la consistencia y el aspecto del material original.
Al colocar los esferoides en la zona dañada e incubar los cultivos, los bloques fueron capaces tanto de percibir el daño como de hacer crecer de nuevo el material para repararlo.
Tom Ellis.
Los científicos se imaginan que algún día podrán integrar los esferoides en los materiales de construcción para darles la capacidad de repararse a sí mismos. Esto podría dar lugar a parabrisas que arreglen sus propias grietas, aviones que reparen sus propios fuselajes o baches que se sellen solos en la carretera.
Ese futuro está muy lejos, pero los científicos trabajan para conseguirlo fusionando sus esferoides con materiales como esponjas, madera y algodón. Sin embargo, las aplicaciones más a corto plazo de esta tecnología se encuentran en el campo de la medicina.
Nuestro descubrimiento abre un nuevo enfoque en el que los materiales cultivados pueden utilizarse como módulos con diferentes funciones, como en la construcción.
Actualmente estamos trabajando para albergar otros organismos vivos dentro de los esferoides que puedan convivir con las bacterias productoras de celulosa.
Los posibles materiales vivos que pueden surgir de esto son diversos: por ejemplo, con células de levadura que segreguen proteínas de interés médico, podríamos generar películas de cicatrización de heridas en las que se produzcan hormonas y enzimas mediante un vendaje para mejorar la reparación de la piel.
Doctor Joaquín Caro-Astorga.
Más información: www.nature.com
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