Diseñan células artificiales para dar energía a implantes médicos

Los científicos han creado un plano para células artificiales que son más robustas y eficientes que las células naturales que imitan, y podrían ser usadas algún día para dar energía a implantes médicos pequeños.

Los investigadores de la Universidad de Yale (Nueva Haven, CT, EUA), comenzaron con la pregunta de si se podía diseñar una versión artificial del electrolito, las células generadoras de energía en las anguilas eléctricas, como una fuente de energía potencial. "La anguila eléctrica es muy eficiente para generar electricidad”, dijo el Dr. Jian Xu, un asociado de posdoctorado en el departamento de ingeniería química en Yale. "Puede generar más electricidad que muchos dispositivos eléctricos”.

El Dr. Xu diseñó el primer plano que muestra como funcionan juntos los diferentes canales iónicos para producir la electricidad del pez, mientras era un estudiante de postgrado bajo el anterior profesor asistente de ingeniería mecánica en Yale, el Dr. David LaVan, ahora en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de los Estados Unidos. "Todavía estamos tratando de entender como funcionan los mecanismos de estas células”, dijo el Dr. LaVan. "Pero nos preguntamos: "¿Sabemos lo suficiente para sentarnos y comenzar a pensar sobre como construir esas cosas? Nadie lo había hecho antes”.

Usando el plano nuevo como una guía, los investigadores comenzaron diseñando una célula artificial que pudiese replicar la producción de energía del electrolito. "Queríamos ver si la naturaleza ya había optimizado la salida de energía y la eficiencia de control de energía de esta célula”, dijo el Dr. Xu. "Y encontramos que la célula artificial podía funcionar mejor que la célula natural, lo cual fue un resultado muy sorprendente”.

La célula artificial modelada por los investigadores es capaz de producir 28% más de electricidad que el propia electrolito de la anguila, con 31% más de eficiencia para convertir la energía química de la célula, derivada del alimento de la anguila, en electricidad. Mientras que las anguilas usan miles de electrolitos para producir cargas de hasta 600 voltios, los Drs. LaVan y Xu demostraron que sería posible crear una biobatería más pequeña, usando una docena de células artificiales. Las biobaterías pequeñas solo deben tener un espesor de 6,3 mm para producir los voltajes pequeños necesarios para dar energía a los dispositivos eléctricos pequeños como implantes de retina u otras prótesis.

Aunque los ingenieros hicieron el diseño, todavía pasará bastante tiempo antes de que se puedan construir las células artificiales. En primer lugar, requieren una fuente de poder antes de que puedan empezar a producir electricidad. El Dr. LaVan opina que las células podrían recibir su energía de una forma similar a sus contrapartes naturales. Es posible, agregó, que se puedan emplear bacterias para reciclar el trifosfato de adenosina (ATP), responsable por transferir energía dentro de la célula, usando glucosa, una fuente común de energía química derivada de los alimentos.

Cuando tengan la fuente de energía, las células artificiales podrían dar energía, algún día, a implantes médicos y serían una gran ventaja sobre los dispositivos operados por baterías. Si se daña, no se liberan tóxicos al organismo”, dijo el Dr. Xu. Sería como cualquier otra célula en el cuerpo”.

El estudio fue publicado en la edición en línea de Octubre 2008, de la revista Nature Nanotechnology.

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Yale University