Máquinas hechas de biomateriales con propiedades de seres vivos

Aprovechando la naturaleza única del ADN, ingenieros de la Universidad de Cornell han creado sencillas máquinas construidas con biomateriales con propiedades de seres vivos.

Utilizando lo que denominan materiales DASH (DNA-based Assembly and Synthesis of Hierarchical) los ingenieros construyeron un material de ADN con capacidades de metabolismo, además de autoensamblaje y organización, tres características clave de la vida.

"Estamos introduciendo un nuevo concepto de material realista basado en su propio metabolismo artificial. No estamos creando algo que esté vivo, pero estamos creando materiales que son mucho más reales que nunca antes", dijo Dan Luo, profesor de ingeniería biológica y ambiental.

El artículo publicado en Science Robotics.

Para que cualquier organismo vivo se mantenga, debe haber un sistema para gestionar los cambios. Se deben generar nuevas células; las células viejas y los desechos deben ser barridos. La biosíntesis y la biodegradación son elementos clave de la autosostenibilidad y requieren metabolismo para mantener su forma y funciones.

A través de este sistema, las moléculas de ADN se sintetizan y ensamblan en patrones de forma jerárquica, lo que resulta en algo que puede perpetuar un proceso dinámico y autónomo de crecimiento y decadencia.

Usando DASH, los ingenieros de Cornell crearon un biomaterial que puede emerger de forma autónoma de sus bloques de construcción a nanoescala y organizarse por sí mismo, primero en polímeros y finalmente en formas de mesoescala. Partiendo de una secuencia de semillas de 55 nucleótidos, las moléculas de ADN se multiplicaron cientos de miles de veces, creando cadenas de ADN de repetición de unos pocos milímetros de tamaño. La solución de reacción se inyectó luego en un dispositivo microfluídico que proporcionaba un flujo de energía líquida y los componentes básicos necesarios para la biosíntesis.

A medida que el flujo invadía el material, el ADN sintetizaba sus propias nuevas hebras, con el extremo frontal del material creciendo y el extremo de la cola degradándose en un equilibrio optimizado. De esta manera, hizo su propia locomoción, avanzando lentamente, contra el flujo, de manera similar a como se mueven los mhos del fango.

Esta habilidad permitió a los investigadores enfrentar grupos del material entre sí en carreras de competición. Debido a la aleatoriedad en el entorno, un cuerpo eventualmente obtendría una ventaja sobre el otro, permitiendo que uno cruce primero una línea de meta.

"Los diseños siguen siendo primitivos, pero mostraron una nueva ruta para crear máquinas dinámicas a partir de biomoléculas. Estamos en un primer paso en la construcción de robots reales mediante metabolismo artificial", dijo Shogo Hamada, profesor e investigador asociado en el laboratorio de Luo, y coautor correspondiente del artículo. "Incluso con un diseño simple, pudimos crear comportamientos sofisticados como correr. El metabolismo artificial podría abrir una nueva frontera en la robótica".