- El nuevo hidrogel mantiene una reacción química durante cuatro semanas tras la exposición a infrarrojo cercano.
- La investigación se inspira en la capacidad metamórfica de organismos como la mimosa y el camaleón.
- El sistema STERS combina partículas de metal líquido con monómeros de vinilo para impulsar la reacción.
- La aplicación clínica enfrenta varios retos, como la compatibilidad con los tejidos y el control mediante estímulos externos.
Un nuevo hidrogel metamórfico desarrollado por investigadores chinos es capaz de desencadenar una reacción química que dura hasta cuatro semanas tras una única exposición a luz infrarroja cercana. El equipo creó este material para imitar procesos biológicos lentos, como la cicatrización de heridas y el desarrollo embrionario. Su sistema, denominado STERS, emplea partículas de metal líquido a base de galio para sostener la reacción, modificando gradualmente la forma del gel, lo que ofrece una plataforma potencial para andamios tisulares adaptativos, interfaces mecánicas cerebrales y robótica blanda. La investigación incluye demostraciones de laboratorio con células madre y electrodos para monitorizar señales eléctricas durante el desarrollo embrionario de ratas.
El autor del estudio, el profesor Du Xuemin del Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen de la Academia China de Ciencias, señaló que su investigación sobre materiales inteligentes se inspira en organismos como la mimosa y el camaleón. Indicó que los avances en materiales metamórficos han sido muy rápidos, y algunos cambios pueden ocurrir ahora en milisegundos. Sin embargo, los procesos biológicos más lentos plantean un desafío distinto. «Me di cuenta de que, aunque los organismos se transforman rápidamente, también experimentan transformaciones evolutivas lentas y a largo plazo», afirmó, mencionando procesos como la cicatrización de heridas y el desarrollo embrionario. Los andamios de ingeniería tisular suelen transportar sustancias activas para favorecer la curación. Du señaló que los materiales existentes o cambian demasiado rápido o no logran transformarse.
Imitar los procesos metamórficos de la naturaleza
«Por eso me pregunté si era posible imitar esos procesos morfológicos más lentos de la naturaleza para construir materiales de transformación lenta», declaró.
STER son las siglas de Especies Reactivas de Evolución Espaciotemporal. El sistema combina partículas de metal líquido a base de galio con monómeros de vinilo, lo que contribuye a impulsar la generación de reactivos y la polimerización del hidrogel. La luz infrarroja cercana inicia el proceso, y el metal líquido sostiene la generación continua de reactivos mediante ciclos repetidos de oxidación superficial y eliminación de la capa de óxido. Al eliminarse esta capa, el metal queda expuesto de nuevo, permitiendo que la reacción continúe. Esto proporciona la actividad química necesaria para que la estructura del hidrogel evolucione con el tiempo. El equipo de investigación afirma en su artículo: «Este novedoso enfoque permite una evolución morfológica programable y antropomimética del hidrogel, que abarca escalas de micrómetros a macrómetros, de minutos a semanas, y ciclos de transformación únicos o múltiples».
Potenciales aplicaciones clínicas y retos
Los investigadores también crearon un hidrogel que cambia de color gradualmente, lo que muestra su potencial como indicador visual a largo plazo. El equipo utilizó el hidrogel para guiar la diferenciación de células madre en células óseas y células de tipo neuronal. «Además, empleamos este material para modificar la superficie de electrodos de interfaces mecánicas cerebrales, con el fin de monitorizar la evolución de las señales eléctricas durante el desarrollo embrionario de ratas», indicó Du. Según los investigadores, la velocidad y la magnitud de los cambios del material pueden ajustarse para igualar las transformaciones del cerebro embrionario en desarrollo. Dado que el metal líquido puede dañar los tejidos, la bioseguridad sigue siendo una preocupación. Du señaló que el equipo utiliza una estructura de sándwich para encapsular el material y evitar que se filtre a los tejidos circundantes.
La aplicación clínica sigue enfrentando varios retos, entre ellos la adaptación de la transformación a tejidos específicos, la consecución de cambios de forma lentos y el control del proceso mediante estímulos externos. Por ahora, Du afirma que el sistema es adecuado para sensores y demostraciones de laboratorio en ingeniería tisular e interfaces mecánicas cerebrales. El estudio se ha publicado en la revista Matter.
El impacto de la tecnología de hidrogeles en la biomedicina
Esta investigación demuestra el potencial de los hidrogeles para simular procesos biológicos, especialmente en la cicatrización de heridas y el desarrollo embrionario. Al imitar los procesos metamórficos de la naturaleza, los investigadores han desarrollado materiales con velocidad de cambio ajustable, lo que tiene importantes implicaciones para aplicaciones en ingeniería tisular e interfaces mecánicas cerebrales. No obstante, los problemas de bioseguridad del metal líquido aún requieren solución, lo que podría afectar la viabilidad de su aplicación clínica. Los avances de esta tecnología contribuirán al desarrollo futuro de materiales médicos más inteligentes.