Crean el primer lenguaje de programación para material activo
Investigadores han logrado convertir la materia activa en una herramienta programable, abriendo nuevas posibilidades en nanotecnología y manipulación celular.
Un equipo de investigadores de Caltech ha logrado desarrollar el primer lenguaje de programación para materia activa, un material compuesto por unidades pequeñas que consumen energía para generar movimiento mecánico, similar a cómo los pájaros en un enjambre se mueven al unísono.
Este descubrimiento abre un abanico de posibilidades en nanotecnología, biología celular y la manipulación de estructuras microscópicas.
La investigación, publicada en la revista Nature Materials, es un avance significativo que permitirá controlar con precisión flujos de fluidos a nivel celular, lo que tiene grandes implicaciones para estudios celulares y futuras aplicaciones en bioingeniería.
La base de la investigación: control de la materia activa
La materia activa es un tipo de material compuesto de piezas individuales, como los filamentos proteicos que forman el citoesqueleto celular, que trabajan juntos para generar movimiento. Estos materiales se utilizan en diversas aplicaciones científicas, pero hasta ahora no se había encontrado una forma de controlarlos de manera eficiente.
En 2019, el equipo de Caltech demostró cómo la luz podría ser utilizada para controlar estos materiales a nivel celular, utilizando filamentos de proteínas que responden a gradientes de luz, organizándose en patrones específicos. Sin embargo, el sistema aún no era programable.
El avance clave en esta investigación es la creación de un lenguaje de programación que permita controlar estos flujos de materia activa con alta precisión.
Este lenguaje permite a los investigadores diseñar patrones específicos de luz para manipular la materia activa, lo que a su vez facilita tareas como mover células, mezclar fluidos o aplicar tensiones mecánicas a pequeños objetos como vesículas lipídicas dentro de las células.
Por lo que, ofrece una alternativa más precisa y menos invasiva que las técnicas tradicionales, como el uso de micropipetas para manipular células, que conlleva el riesgo de dañarlas.
El desarrollo de esta nueva tecnología tiene un impacto directo en la nanotecnología y en la biología celular. En lugar de utilizar instrumentos invasivos para manipular las células, los investigadores pueden utilizar microtúbulos controlados por luz para mover las células suavemente a las posiciones deseadas.
Esto tiene aplicaciones en la creación de embriones sintéticos, y también se espera que esta tecnología sea útil en la medicina y la biotecnología, donde la precisión y el control de las estructuras celulares son fundamentales.
Un paso hacia la bioingeniería avanzada
El equipo de Caltech, dirigido por los profesores Matt Thomson y Rob Phillips, ha logrado lo que parecía impensable, convertir la materia activa en una herramienta programable que pueda ser utilizada para diversos fines en bioingeniería.
La colaboración con otros científicos, como Erik Winfree, experto en computación de ADN, y Magdalena Zernicka-Goetz, ha permitido a los investigadores aplicar este control de la materia activa en sistemas biológicos complejos, como la construcción de embriones sintéticos.
"También estamos utilizando el sistema para manipular células inmunes y para aplicar fuerzas mecánicas a los tejidos en el laboratorio para simular tensiones mecánicas", explica Thomson en el estudio.
Este avance podría ser el primer paso hacia una nueva era en la que los materiales activos controlados por luz desempeñen un papel relevante en el desarrollo de tecnologías de nanoescala para aplicaciones médicas, biológicas e industriales.
Al permitir el control preciso de los procesos celulares, este descubrimiento puede transformar cómo los científicos interactúan con las células y sus componentes más pequeños.
El desarrollo de este lenguaje de programación para controlar la materia activa es una prueba más del potencial de la nanotecnología en el futuro de la ciencia y la ingeniería. A medida que los investigadores continúan perfeccionando esta tecnología, es probable que se abran nuevas posibilidades en la manipulación de células y la creación de sistemas biológicos sintéticos.