Imagina una extremidad protésica que no solo se mueve como una parte natural del cuerpo, sino que también se regenera y está hecha de las propias células del receptor. Este concepto, que alguna vez se consideró ciencia ficción, se está convirtiendo en realidad gracias a investigaciones de vanguardia en bioingeniería. La Universidad de Tokio, junto con la Universidad de Waseda, ha creado un brazo robótico de 18 centímetros a partir de tejidos musculares humanos, capaz de realizar movimientos de dedos. Mientras tanto, en Barcelona, el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) está utilizando impresoras biológicas en 3D para imitar la estructura interna de los músculos, igualando su forma y funcionalidad natural.

El profesor Masaharu Takeuchi de la Escuela de Graduados de Ciencia y Tecnología de la Universidad de Tokio afirma que esta tecnología podría revolucionar las prótesis, las pruebas farmacéuticas en tejidos musculares y la robótica blanda que requiere movimientos suaves. La mano creada por el equipo de Takeuchi es la más grande de su tipo, construida con finos tejidos musculares cultivados en soluciones ricas en nutrientes, soportados por polímeros biocompatibles y cables delicados.

Un gran desafío que enfrentaron fue generar suficiente fuerza muscular para mover la mano. Aumentar la masa muscular es necesario, pero los tejidos demasiado gruesos impiden la entrega de nutrientes y oxígeno, lo que lleva a la muerte celular. La solución involucró enrollar finos tejidos musculares, similar a rollos de sushi, en una estructura compleja de múltiples articulaciones denominada MuMuTAs, que luego se integraron en un marco robótico accionado por cables.

La estimulación eléctrica mantiene el brazo activo. Cuando se aplica electricidad, los músculos se contraen, tirando de los cables conectados a los dedos, permitiéndoles doblarse, moverse y agarrar objetos, imitando la función de los tendones. Tales movimientos no eran posibles con robots biohíbridos anteriores, explica el científico japonés.

IBEC en España está explorando alternativas a la estimulación eléctrica externa para los biobots. Al integrar sensores y electrodos directamente en el músculo, han desarrollado sistemas de estimulación más localizados y controlados. Este enfoque no solo imita mejor la función muscular real, sino que también ayuda a estudiar las respuestas musculares a medicamentos y otros agentes activos.

Florencia Lezcano de IBEC destaca su uso de impresoras biológicas en 3D, que emplean bioink, una mezcla de materiales compatibles con el cuerpo y células vivas. Inicialmente, imprimieron formas simples, evolucionando hacia estructuras musculares complejas que replican las arquitecturas internas organizadas que permiten la funcionalidad de los órganos. Lezcano señala su éxito al orientar fibras para crear estructuras musculares similares a las del cuerpo humano.

El rápido progreso entusiasma a los investigadores. Han pasado de imprimir formas que se asemejan a gusanos a músculos que imitan modelos humanos, son funcionales y pueden ser estimulados localmente. Samuel Sánchez de IBEC sueña con contraer y fortalecer músculos usando las propias células de uno.

Para realizar estos sueños, Takeuchi enfatiza la necesidad de controlar los tejidos musculares mediante señales neuronales del cerebro o nervios periféricos, y asegurar la viabilidad a largo plazo fuera de entornos de laboratorio. IBEC se centra en la vascularización, la formación de vasos sanguíneos en los tejidos, como una barrera clave. Lezcano sugiere que los órganos prevascularizados podrían conectarse directamente al cuerpo del receptor como trasplantes.

Sánchez identifica dos grandes desafíos: diseñar recubrimientos para replicar las condiciones de la mano, mantener temperaturas de 37 grados y renovar nutrientes, y la escalabilidad, creando sistemas para soportar órganos o músculos de tamaño natural. A pesar de los desafíos, cree que están en el camino correcto, destacando la capacidad revolucionaria de imprimir células humanas funcionales y estudiar sus respuestas.

Más allá de la promesa de prótesis biónicas, la bioingeniería podría transformar los ensayos médicos y farmacológicos. En lugar de pruebas con animales, modelos humanos impresos biológicamente podrían acelerar los resultados y mejorar la precisión de las pruebas. En los EE.UU., la FDA ya permite omitir las pruebas con animales a favor de tejidos impresos biológicamente para evaluaciones de medicamentos en algunos casos, aunque Europa va rezagada.