Un trabajo hecho ciento por ciento en Argentina y liderado por investigadores y becarios del Conicet reportó por primera vez el desarrollo de un sistema que inanimado al comienzo, evoluciona adquiriendo un movimiento autónomo y dirigido, que reproduce acciones básicas de las células utilizando como combustible una reacción química.
“En este trabajo mostramos que un par de gotas puede evolucionar a una operación sensorial-motora autónoma que se asemeja a un comportamiento ‘inteligente’ típico de los sistemas vivos“, indicó Martín Bellino, líder del trabajo e investigador del Conicet en el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (INN, CONICET-CNEA).
Habilidades interactivas inteligentes
Los autores del estudio, divulgado en Nature Communications, comprobaron que dos gotas de líquido con reactivos complementarios y comunicadas a través de una película delgada nanoporosa, es decir, una superficie con poros muy pequeños (de tamaño nanométrico, es decir, de una escala correspondiente a la mil millonésima parte de un metro), pueden desarrollar habilidades de interacción inteligente entre sí similares a las que ocurren en procesos celulares.
“Cuando una de las gotas detecta a la otra mediante señales químicas que se envían a través de los poros, comienza una reacción que desencadena una respuesta mecánica a nivel macroscópico. Es decir, la gota recibe el mensaje y comienza a moverse yendo a su encuentro, ¡como sí cobrara vida! Es muy lindo observar el fenómeno ocurriendo en vivo”, destacó Agustín Pizarro, primer autor del trabajo y becario doctoral del Conicet en el Instituto de Nanosistemas de la Universidad Nacional de San Martín (INS, UNSAM).
Desencadenar una respuesta
La capacidad de “reconocer” especies químicas y desencadenar una respuesta motora, tal como ocurre en el sistema desarrollado por los especialistas del Conicet, es una característica típica de los sistemas vivos. “Observamos que luego de acercarse, una gotita puede rodear y engullir a otra, de manera análoga a la fagocitosis, un proceso mediante el cual un glóbulo blanco del sistema inmunitario engulle a un patógeno”, explicó Claudio Berli, autor del estudio e investigador del Conicet en el Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química (INTEC, CONICET-UNL).
“Un aspecto interesante de nuestro trabajo es la relación de dimensiones que entran en juego en los procesos que se desencadenan en nuestro sistema. Un cambio químico que ocurre en un volumen muy pequeño, de pocos nanómetros, desencadena un movimiento en la escala de los milímetros. Comparativamente es como un partido de fútbol en donde un gol en un arco desata una reacción en el estadio y la ciudad que lo rodea“, destacó Galo Soler-Illia, investigador del Conicet en el INS. Desde su punto de vista, el resultado principal del trabajo “es que se demuestra que se puede programar e impartir cierto comportamiento (movimientos y cambios de forma) a un objeto inanimado mediante reacciones químicas bien localizadas, lo cual puede tener consecuencias muy interesantes”.
¿Qué usos podría tener?
Para Pizarro, la posibilidad de programar la transducción de energía química en un movimiento autonómo de fluidos, sin necesidad de ningún accesorio extra (de energía externa por ejemplo), presenta una plataforma con mucho potencial, tanto para el avance de la ciencia como aplicaciones en salud, la industria y otras áreas.
Este avance puede llegar a permitir el desarrollo de, por ejemplo, un brazo robótico con posibilidades sensoriales para una persona manca, teniendo en cuenta que son sistemas por ahora muy pequeños, que para una aplicación como la de un brazo deberían escalarse apropiadamente, con alguna estructura jerárquica.
“Lo que es importante es la conversión de energía química en movimiento, de una manera controlada; eso no es trivial en sistemas artificiales y es lo que lo hace análogo a los organismos vivos. Aun en un ambiente miniaturizado y sutil, el mecanismo tiene muchas posibles aplicaciones, por ejemplo en el manejo digital de pequeñas dosis de fluidos, para análisis, diagnóstico, pero también para generación de patrones de color o combinatorias, entre otros”, explicó el investigador.
Mecanismos
En el año 2010 hubo un hito científico importante: se logró que células artificiales pudieran replicarse, dando un enorme impulso a la biología sintética. “En este campo, en el cual hoy día participan múltiples disciplinas, resulta de gran interés la propuesta de mecanismos fundados como los que desarrollamos, que imitan algunas de las tantas funciones que presentan las células vivas”, enfatizó Berli. Y continúa: “De este modo, los conceptos descriptos en nuestro trabajo tienen un alto potencial de utilidad práctica. Por ejemplo, la manipulación de microgotas sobre superficies efectivamente tiene cada vez más aplicaciones en ensayos miniaturizados y plataformas para análisis digitalizado de un gran número de muestras”.
Este último punto, sobre la capacidad de controlar la dinámica entre gotas en las superficies, juega un papel clave en las aplicaciones biomédicas y de microingeniería modernas, agrega Bellino. Y concluye: “Creemos que la ciencia podría adoptar y madurar nuestro marco experimental para emular y estudiar fenómenos de interacción biológica fundamentales y, lo que es más importante, desarrollar una robótica microfluídica inteligente con operación autónoma y actuación a macroescala gobernada por el nanotransporte químico subyacente. De hecho, nuestro trabajo proporciona un enfoque transformador para controlar la atracción y el acoplamiento de gotas en las superficies”.
