Bioelectrónica viva: sensores de piel inteligentes que detectan y curan

Durante años, el laboratorio del Profesor Bozhi Tian ha estado aprendiendo a integrar el mundo de la electrónica —rígida, metálica, voluminosa— con el del cuerpo —suave, flexible, delicado.

En su último trabajo, han creado un prototipo de lo que llaman "bioelectrónica viva" —una combinación de células vivas, gel y electrónica que puede integrarse con tejido vivo.

Estructura del dispositivo

Los parches están hechos de sensores, células bacterianas y un gel hecho de almidón y gelatina. Pruebas en ratones mostraron que los dispositivos podían monitorizar y mejorar continuamente síntomas tipo psoriasis, sin irritar la piel.

"Este es un puente desde la bioelectrónica tradicional, que incorpora células vivas como parte de la terapia", dijo Jiuyun Shi, co-primer autor del artículo y ex doctorando en el laboratorio de Tian (ahora en Stanford).

"Estamos muy emocionados porque ha sido una década y media en desarrollo", dijo Tian.

Los investigadores esperan que los principios también puedan aplicarse a otras partes del cuerpo, como estimulación cardiológica o neural. El estudio se publicó en Science.

Desafíos de integrar electrónica con el cuerpo

Emparejar electrónica con el cuerpo humano siempre ha sido difícil. Aunque dispositivos como marcapasos han mejorado innumerables vidas, tienen inconvenientes; la electrónica tiende a ser voluminosa y rígida y puede causar irritación.

Pero el laboratorio de Tian se especializa en descubrir principios fundamentales detrás de cómo células y tejidos vivos interactúan con materiales sintéticos; su trabajo previo incluyó un marcapasos diminuto controlable con luz y materiales fuertes pero flexibles que podrían base de implantes óseos.

En este estudio, tomaron un nuevo enfoque. Típicamente, la bioelectrónica consiste en la electrónica misma, más una capa suave para hacerla menos irritante al cuerpo.

Pero el grupo de Tian se preguntó si podían añadir nuevas capacidades integrando un tercer componente: las propias células vivas. El grupo se interesó por las propiedades curativas de ciertas bacterias como S. epidermidis, un microbio que vive naturalmente en la piel humana y ha demostrado reducir inflamación.

Plataforma ABLE: tres componentes integrados

Crearon un dispositivo con tres componentes. El marco es un circuito electrónico flexible y delgado con sensores. Se superpone con un gel creado de almidón de tapioca y gelatina, ultrasuave y que imita la composición del tejido. Por último, microbios S. epidermidis se alojan en el gel.

Cuando el dispositivo se coloca en la piel, las bacterias secretan compuestos que reducen inflamación, y el sensor monitoriza la piel para señales como temperatura y humedad.

En pruebas con ratones propensos a condiciones cutáneas tipo psoriasis, hubo reducción significativa de síntomas.

Sus pruebas iniciales duraron una semana, pero los investigadores esperan que el sistema, que llaman plataforma ABLE (Active Biointegrated Living Electronics), pueda usarse por medio año o más. Para hacer el tratamiento más conveniente, dijeron, el dispositivo puede liofilizarse para almacenamiento y rehidratarse fácilmente cuando se necesite.

Dado que los efectos curativos los proporcionan microbios, "Es como un fármaco vivo— no tienes que recargarlo", dijo Saehyun Kim, el otro co-primer autor y actual doctorando en el laboratorio de Tian.

Además de tratar psoriasis, los científicos vislumbran aplicaciones como parches para acelerar curación de heridas en pacientes diabéticos.

También esperan extender el enfoque a otros tipos de tejido y células. "Por ejemplo, ¿podrías crear un dispositivo productor de insulina, o un dispositivo que interfase con neuronas?" dijo Tian. "Hay muchas aplicaciones potenciales".

Para más información, contacte a Laurie Fickman en [email protegido]; 713-743-8454.