Paneles solares más pequeños que el grosor de un cabello: la técnica que ordena células con luz
Ingenieros de la Universidad Estatal de Pensilvania lograron orientar células sin cables ni electrodos. Es un primer paso para la bioimpresión de tejidos.
Un equipo de ingenieros de la Universidad Estatal de Pensilvania, en Estados Unidos, logró orientar células en patrones definidos usando paneles solares microscópicos que convierten la luz en pequeñas corrientes eléctricas. El método evita los cables y electrodos que se usan hoy y podría aplicarse en el futuro a la bioimpresión de tejidos.
El problema que buscan resolver
La bioimpresión utiliza células vivas y señales moleculares para fabricar tejidos biológicos en el laboratorio, capa por capa. Uno de sus desafíos es que las células se ubiquen y crezcan en la dirección correcta para formar el tejido buscado.
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«Podemos ubicar las células con precisión cuando imprimimos, pero después de ese período inicial quedan libres para moverse, migrar y expandirse», explicó Ibrahim Ozbolat, profesor de Ingeniería y autor responsable del trabajo.
Desde hace años se sabe que una corriente eléctrica débil puede influir en la orientación de las células. Hasta ahora, sin embargo, esa técnica requería equipos voluminosos, con electrodos y cables conectados al sistema.
Cómo funciona
Las células fotovoltaicas, el mismo material del que están hechos los paneles solares, captan la luz y la convierten en electricidad. Trabajos anteriores ya habían mostrado que podían influir en la orientación de las células sin cables. Lo que no se sabía era si la disposición de esos paneles permitía ordenar grupos más grandes de células en formas determinadas.
Para comprobarlo, el equipo colocó pequeñas células solares sobre obleas de silicio, la base con la que se fabrican los chips, en distintas disposiciones. En una prueba variaron el diámetro de las células solares, desde poco menos de un milímetro hasta 80 micrómetros, menos que el grosor de un cabello humano. En otra mantuvieron el diámetro y cambiaron la forma general del diseño.
«Al cambiar la configuración de las células solares, su tamaño, su forma y la distancia entre ellas, podemos modificar el campo eléctrico que generan», explicó Yifan Tao, doctorando y primer autor del estudio.
Qué encontraron
Sobre los chips, los investigadores colocaron fibroblastos de pulmón y de piel, células habituales del tejido conectivo, y los dejaron crecer durante siete días mientras los iluminaban con distintas intensidades de luz.
En los chips que no recibieron luz, las células se orientaron al azar. En los iluminados, en cambio, la orientación siguió claramente el diseño de los paneles solares. Además, comprobaron que la intensidad de la luz también influía: acercar la fuente de luz o aumentar su brillo modificaba el efecto sobre las células.
«Pensábamos que obtendríamos cierta direccionalidad, pero nos sorprendió el efecto que tuvo el diseño sobre el alargamiento y la orientación de las células», señaló Tao.
Lo que todavía falta
Según los investigadores, el método no ofrece un control completo, porque las interacciones entre las propias células también influyen en su orientación. Además, por ahora solo se probó sobre una superficie plana.
Los próximos pasos serán probarlo en tres dimensiones, donde el campo eléctrico podría orientarse en distintas direcciones, y con células más sensibles, como las del corazón o los músculos, para analizar también el efecto sobre su funcionamiento. El trabajo se publicó en la revista Advanced Functional Materials.