Biomimética: imitando la naturaleza para el desarrollo de nuevas aplicaciones médicas

Como lo expresa Nature, la revista de circulación cientí­fica más importante del planeta (https://www.nature.com/subjects/biomimetics), la biomimética se constituye en un conjunto de técnicas de ingenierí­a, biológicas y quí­micas aplicada a la sí­ntesis de materiales, sistemas o máquinas que tengan procesos que imitan un comportamiento biológico. Es entonces que este compendio de técnicas puede utilizarse para desarrollar materiales biocompatibles, medicina regenerativa, liberación de medicamentos e ingenierí­a de tejidos.

El término en sí­ se empieza a describir de manera amplia en el libro ‘Biomimicry: Innovation Inspired in Nature’ de la bióloga Janine Benyus. El método propuesto por Benyus se basa en tres principios básicos:

1. La naturaleza como modelo: la biomimética es una ciencia que estudia los modelos naturales para imitarlos, también utiliza sus diseños y procesos para resolver los problemas humanos.
2. La naturaleza como instructor: la biomimética usa un estándar ecológico para juzgar la pertinencia de las innovaciones. La naturaleza ha aprendido qué es lo que funciona, qué es lo apropiado y qué es lo que perdura.
3. La naturaleza como medida: la biomimética es una nueva forma de ver la naturaleza. Al conocerla, la humanidad debe entrar en una era basada en lo que podemos aprender de la naturaleza, más que en lo que podemos extraer de ella.

En su charla, la organización de conferencias virtuales TED (https://www.ted.com/talks/janine_benyus_biomimicry_in_action) aconseja a los nuevos innovadores enfrentar las nuevas necesidades del entorno, fijándose primero en lo que la naturaleza tiene para ofrecer. Ahora, ¿cómo podemos relacionar el término de biomimética a la innovación desde la ingenierí­a biomédica y aplicaciones médicas?

El Dr. Huang de la Universidad de Hanyang, en Corea del Sur, lista algunas de aplicaciones industriales de la biomimética (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4572716/). En este post sólo citaremos las aplicaciones médicas.

Huang describe que los vendajes médicos pueden ser compatibles con el tejido humano e integrarse con un sistema de atención sanitaria ubicua (m-health), para obtener informes en tiempo real sobre el estado de la recuperación granular de los tejidos con patologí­as en la epidermis. Este vendaje serí­a compatible con nuestra piel y darí­a lugar a menos efectos secundarios e irritación, teniendo una mejor fijación. Tal función se deriva del pelo del pie de las lagartijas.

Huang describe que la nanotecnologí­a en particular se está convirtiendo en una disciplina clave que se utilizará para ayudar a comprender los materiales y sus estructuras. Las nanopartí­culas funcionales con proteí­nas, péptidos y carbohidratos son áreas de la nanotecnologí­a que están encontrando aplicaciones biomiméticas. Varios compuestos hí­bridos inspirados en la naturaleza han sido fabricados y utilizados como una plantilla que puede regular los procesos biológicos en la ingenierí­a de tejidos.

Se ha demostrado que el desarrollo de estructuras morfológicas de materiales hí­bridos inorgánicos-orgánicos para imitar formaciones biológicas y estructurales, se están guiando de procesos como la formación de espí­culas de esponja o moluscos de nácar.

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Imagen tomada de: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1047847707002614

Los andamios fibrosos multifuncionales (scaffolds) se han desarrollado como la arquitectura de tejido nativa, con un alto potencial para la regeneración ósea. Un grupo de nanofibras que ha funcionado como soporte son las poli D, L-lactida-co-carbonato de trimetileno (PLMC). Los atributos biomiméticos de las de las PLMC han demostrado eficacias y eficiencias mejoradas como materiales de soporte para la reparación y regeneración de tejidos.

Otro caso son las agujas para jeringas indoloras desarrolladas por la Universidad de Kansai, en Japón. Este grupo diseñó la estructura de las partes bucales del mosquito para poder extraer sangre del animal huésped con la menor cantidad de irritación nerviosa. Tales agujas se utilizan para ayudar a los diabéticos o a los pacientes a superar el miedo a las agujas. Usan un polí­mero biodegradable, ácido poliláctico, que logra que las agujas sean más seguras y más prácticas que las agujas de micro silicon tradicionales.

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Tomada de: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924424710000737

La naturaleza es una gran fuente de innovación en ingenierí­a biomédica, quizás el de Oscar Pistorius, primer atleta en situación de discapacidad en participar en unos juegos olí­mpicos es el ejemplo más recordado. La forma de este tipo de prótesis inclusive generó controversia, pues algunas personas sostení­an que al tener la forma del pie de un felino la velocidad de punta que podí­a desarrollar era inclusive mayor a la de los campeones humanos (https://www.youtube.com/watch?v=E7TydkQH9ro). No obstante, es de resaltar que muchas de las respuestas a los problemas que tenemos hoy en dí­a pueden resolverse dando una mirada a la naturaleza, como lo hicieron Da Vinci y Newton en su momento.