Ingenieros de la Universidad Carlos III de Madrid han elaborado una guía teórica para sistemas magnetoactivos, aquellos formados por una matriz polimérica y partículas magnéticas, con los que se podría estimular la cicatrización de lesiones epiteliales. Los autores trabajan dentro de un proyecto europeo para desarrollar músculos artificiales y otras formas de estimulación biomecánica.
Los llamados polímeros magnetoactivos están revolucionando los campos de la mecánica de sólidos y de la ciencia de los materiales. Estos compuestos consisten en una matriz polimérica (un elastómero) que contiene partículas magnéticas (de hierro, por ejemplo) que reaccionan mecánicamente y cambian de forma y volumen.
“La idea es que con un campo magnético externo se inducen fuerzas internas en este material de manera que se modifican las propiedades mecánicas, como la rigidez, o incluso se producen cambios en la forma y el volumen que pueden interactuar con ciertos sistemas celulares”, explica el ingeniero Daniel García González de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M).
García y otros investigadores de esta universidad han desarrollado un modelo que proporciona una guía teórica para sistemas estructurales magnetoactivos que se podrían aplicar para estimular la cicatrización de heridas epiteliales, según publican en la revista Composites Part B: Engineering. En concreto, han analizado cómo influyen las propiedades de la matriz y la fracción de las partículas en la respuesta mecánica de los polímeros magnetoactivos.
Según los autores, si se consigue controlar estos procesos, se podrían desarrollar otras aplicaciones ingenieriles, como robots blandos que podrían interaccionar con el cuerpo o una nueva generación de músculos artificiales.
Para explicar el potencial de esta tecnología, García recurre a este símil: “Imagina una persona que está en la playa y que quiere avanzar rápidamente. La arena del suelo (el entorno mecánico) hace que le cueste un poco más avanzar que si estuviera sobre asfalto o sobre una pista de atletismo. De igual forma, cuando una célula está sobre un sustrato demasiado blando, le va a costar más desplazarse. En cambio, si somos capaces de modificar estos sustratos y crear esta pista de atletismo para las células, vamos a conseguir que todos estos procesos se desarrollen de una forma mucho más eficiente”.
Proyecto 4D-BIOMAP
Dentro del ámbito de los polímeros magnetoactivos, los autores lideran el proyecto europeo 4D-BIOMAP (Biomechanical Stimulation based on 4D Printed Magneto-Active Polymer), que desarrolla metodologías bio-magneto-mecánicas para simular y gobernar procesos como la migración y proliferación celular, la respuesta electrofisiológica del organismo y la evolución de patologías en tejidos blandos, y a más largo plazo, generar músculos artificiales y nanorobots para la administración dirigida de medicamentos.
“La idea global de este proyecto es llegar a influir a nivel celular sobre distintos procesos biológicos (como la cicatrización de las heridas, las sinapsis cerebrales o las respuestas del sistema nervioso), lo que permitirá desarrollar determinadas aplicaciones ingenieriles que nos permitan controlarlos”, explica el responsable de 4D-BIOMAP, Daniel García González de la UC3M.
Este proyecto, financiado con 1,5 millones de euros con la ayuda de una ERC Starting Grant del Consejo Europeo de Investigación, involucra conocimientos de mecánica de sólidos, magnetismo y bioingeniería, además de combinar metodologías computacionales, experimentales y teóricas.
Referencia:
D. García-González. "Influence of elastomeric matrix and particle volume fraction on the mechanical response of magneto-active polymers". Composites Part B: Engineering, 2021.
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