Implantada bajo la piel, una matriz de diodos emisores de luz podría señalizar la concentración en la sangre de marcadores biológicos tales como la insulina. Con el tiempo, la matriz se disolvería, eliminando la necesidad de llevar a cabo cirugía para extraer el implante. Los componentes electrónicos flexibles de silicio (en la imagen) se mantienen en su sitio gracias a una película de seda. La incorporación de anticuerpos o enzimas en la película permitirá que los dispositivos detecten biomarcadores. La próxima generación de dispositivos médicos implantables se basará en un materiales de alta tecnología forjados no en fundiciones, sino en el vientre de un gusano. El ingeniero biomédico de la Universidad Tufts Fiorenzo Omenetto está usando la seda como base para dispositivos implantables ópticos y electrónicos que actúen como una combinación entre un monitor de signos vitales, un análisis de sangre, un equipo de toma de imágenes y una farmacia—y que se descomponga con seguridad cuando deje de ser necesario.
La electrónica implantable podría proporcionar una imagen más clara de lo que está ocurriendo dentro del cuerpo y así ayudar a vigilar las enfermedades crónicas o el progreso después de una cirugía, aunque ciertas cuestiones de biocompatibilidad hasta ahora han restringido su uso. Muchos materiales utilizados en la electrónica provocan reacciones inmunes cuando se implantan en el cuerpo. Y en la mayoría de los casos los dispositivos implantables actuales deben ser reemplazados o extirpados quirúrgicamente en algún momento, por lo que sólo vale la pena utilizar implantes para dispositivos de importancia crítica como los marcapasos. La seda, sin embargo, es biodegradable y suave; transmite la luz como el cristal óptico; y aunque no se puede convertir en un transistor o un cable eléctrico, sí puede servir como soporte mecánico de matrices de dispositivos activos eléctricamente, lo que les permite ser colocados encima de los tejidos biológicos, sin causar irritación. Dependiendo de cómo se procese, se puede hacer que la seda se descomponga en el interior del cuerpo casi al instante o que persista durante años. Además, puede ser utilizada para almacenar moléculas delicadas tales como las enzimas durante mucho tiempo.
Omenetto empezó a trabajar con la seda hace tres años, cuando David Kaplan, un ingeniero biomédico al otro lado del pasillo, le pidió ayuda para convertir el material en andamios complejos que sirviesen para el cultivo de nuevos tejidos. El proceso consiste en hervir capullos de seda y purificar la solución resultante para crear el ingrediente principal, una solución a base de agua de la proteína de la seda, llamada fibroína. Esta solución puede ser vertida en moldes para crear estructuras de características con hasta 10 nanómetros de ancho. Omenetto la ha moldeado en una amplia variedad de dispositivos ópticos, tales como lentes, espejos, prismas y fibras ópticas, los cuales podrían ser utilizados para dirigir la luz hacia y desde biosensores implantados en el cuerpo. Si se mezclan anticuerpos o enzimas en la solución de seda antes del moldeo, se obtiene como resultados unos dispositivos que algún día podrían utilizarse para detectar bajas concentraciones de casi cualquier molécula biológica, desde la glucosa a marcadores tumorales.
En colaboración con Kaplan y el científico de materiales John Rogers de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Omenetto ha producido implantes que combinan la seda con componentes electrónicos de silicio flexibles. Por ejemplo, el grupo ha utilizado películas de seda para mantener en su lugar matrices de diminutos transistores de silicio y LEDs—una posible base para un tipo de dispositivos implantables que ayuden a identificar la concentración de marcadores de enfermedades. Los investigadores han demostrado que los dispositivos funcionan bien en pequeños animales, sin evidencias de cicatrización o respuesta inmune. La seda se disuelve, dejando tras de sí una pequeña cantidad de silicio y otros materiales utilizados en los circuitos.
Otro dispositivo utiliza la seda como sustrato para un electrodo metálico de malla diseñado para reemplazar los electrodos con forma de punta que se usan en la superficie del cerebro para diagnosticar y tratar enfermedades tales como la epilepsia. Cuando se le aplica una solución salina, la seda envuelve la malla alrededor de la superficie del cerebro (incluso metiéndose en los pliegues), ayudando a que los electrodos midan la actividad neuronal con mayor precisión. Los electrodos de seda probablemente sean el primer dispositivo del grupo que se ponga a prueba en seres humanos, quizás en dos o tres años.
Omenetto ve otras posibilidades en el futuro: por ejemplo, la fibra óptica de seda podría transmitir la luz desde de un conjunto de LEDs hasta un sensor de seda implantado, el cual cambiaría de color para indicar que el cáncer ha vuelto a surgir en el cuerpor. El dispositivo podría liberar una dosis cuidadosamente calibrada de medicamentos. Una segunda fibra de seda podría transmitir esa información a la superficie de la piel del paciente, donde el resultado podría ser leído en un teléfono móvil. Todos los componentes para fabricar este tipo de dispositivos ya existen, afirma Omenetto. Una vez que las piezas se unen, un poco de seda podría ayudar a salvar vidas.
La electrónica implantable podría proporcionar una imagen más clara de lo que está ocurriendo dentro del cuerpo y así ayudar a vigilar las enfermedades crónicas o el progreso después de una cirugía, aunque ciertas cuestiones de biocompatibilidad hasta ahora han restringido su uso. Muchos materiales utilizados en la electrónica provocan reacciones inmunes cuando se implantan en el cuerpo. Y en la mayoría de los casos los dispositivos implantables actuales deben ser reemplazados o extirpados quirúrgicamente en algún momento, por lo que sólo vale la pena utilizar implantes para dispositivos de importancia crítica como los marcapasos. La seda, sin embargo, es biodegradable y suave; transmite la luz como el cristal óptico; y aunque no se puede convertir en un transistor o un cable eléctrico, sí puede servir como soporte mecánico de matrices de dispositivos activos eléctricamente, lo que les permite ser colocados encima de los tejidos biológicos, sin causar irritación. Dependiendo de cómo se procese, se puede hacer que la seda se descomponga en el interior del cuerpo casi al instante o que persista durante años. Además, puede ser utilizada para almacenar moléculas delicadas tales como las enzimas durante mucho tiempo.
Omenetto empezó a trabajar con la seda hace tres años, cuando David Kaplan, un ingeniero biomédico al otro lado del pasillo, le pidió ayuda para convertir el material en andamios complejos que sirviesen para el cultivo de nuevos tejidos. El proceso consiste en hervir capullos de seda y purificar la solución resultante para crear el ingrediente principal, una solución a base de agua de la proteína de la seda, llamada fibroína. Esta solución puede ser vertida en moldes para crear estructuras de características con hasta 10 nanómetros de ancho. Omenetto la ha moldeado en una amplia variedad de dispositivos ópticos, tales como lentes, espejos, prismas y fibras ópticas, los cuales podrían ser utilizados para dirigir la luz hacia y desde biosensores implantados en el cuerpo. Si se mezclan anticuerpos o enzimas en la solución de seda antes del moldeo, se obtiene como resultados unos dispositivos que algún día podrían utilizarse para detectar bajas concentraciones de casi cualquier molécula biológica, desde la glucosa a marcadores tumorales.
En colaboración con Kaplan y el científico de materiales John Rogers de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Omenetto ha producido implantes que combinan la seda con componentes electrónicos de silicio flexibles. Por ejemplo, el grupo ha utilizado películas de seda para mantener en su lugar matrices de diminutos transistores de silicio y LEDs—una posible base para un tipo de dispositivos implantables que ayuden a identificar la concentración de marcadores de enfermedades. Los investigadores han demostrado que los dispositivos funcionan bien en pequeños animales, sin evidencias de cicatrización o respuesta inmune. La seda se disuelve, dejando tras de sí una pequeña cantidad de silicio y otros materiales utilizados en los circuitos.
Otro dispositivo utiliza la seda como sustrato para un electrodo metálico de malla diseñado para reemplazar los electrodos con forma de punta que se usan en la superficie del cerebro para diagnosticar y tratar enfermedades tales como la epilepsia. Cuando se le aplica una solución salina, la seda envuelve la malla alrededor de la superficie del cerebro (incluso metiéndose en los pliegues), ayudando a que los electrodos midan la actividad neuronal con mayor precisión. Los electrodos de seda probablemente sean el primer dispositivo del grupo que se ponga a prueba en seres humanos, quizás en dos o tres años.
Omenetto ve otras posibilidades en el futuro: por ejemplo, la fibra óptica de seda podría transmitir la luz desde de un conjunto de LEDs hasta un sensor de seda implantado, el cual cambiaría de color para indicar que el cáncer ha vuelto a surgir en el cuerpor. El dispositivo podría liberar una dosis cuidadosamente calibrada de medicamentos. Una segunda fibra de seda podría transmitir esa información a la superficie de la piel del paciente, donde el resultado podría ser leído en un teléfono móvil. Todos los componentes para fabricar este tipo de dispositivos ya existen, afirma Omenetto. Una vez que las piezas se unen, un poco de seda podría ayudar a salvar vidas.
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