Sira Mogas todavía no ha acabado su tesis doctoral y ya figura como primera autora de una publicación en la revista Nature Communications gracias al proyecto que ha encabezado: dispositivos celulares impresos en papel.
Y es que, desde el laboratorio de Biología Sintética por Aplicaciones Biomédicas del Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud, Universidad Pompeu Fabra (DCEXS-UPF), el equipo dirigido por Javier Macía ha desarrollado una tecnología para poder imprimir de manera sencilla y económica unos potentes dispositivos que a simple vista no son más que una tira de papel.
Nos hemos reunido con Sira y Javier para hablar de esta innovadora y prometedora tecnología e intentar comprender la compleja sencillez que rodea el proyecto.
¿Qué son los dispositivos celulares? ¿Para qué se pueden utilizar?
Son dispositivos vivos, basados en una combinación de células modificadas genéticamente, que pueden detectar multitud de señales, integrarlas y generar una respuesta en base a unas reglas preprogramadas. Tienen un gran potencial de aplicación, como por ejemplo para la detección de enfermedades, el control de procesos industriales o los análisis de patógenos o contaminantes, y desde hace años hay muchos grupos de investigación trabajando en este campo.
Nosotros hemos desarrollado una nueva tecnología para hacerlos que nos permite que estos dispositivos sean funcionales fuera del laboratorio, es decir, que se puedan usar sin necesidad de ninguna tecnología ni una persona experta en biología molecular o biología sintética para hacerlos funcionar.
“Nuestro objetivo era encontrar la manera de crear dispositivos celulares complejos que se pudieran usar fuera del laboratorio de manera sencilla, como por ejemplo con una tira de papel”
Sira Mogas (DCEXS-UPF), primera autora del estudio
Así, hemos encontrado la manera de imprimir sobre papel (aunque se podría hacer sobre otras superficies, como tejidos) nuestros dispositivos celulares, haciendo que sean fácilmente transportables fuera del laboratorio para una futura aplicación.
¿Qué ventajas presentan estos sensores ‘vivos’ respecto a otros sensores electrónicos o bioquímicos?
Con dispositivos electrónicos o bioquímicos se pueden analizar parámetros como el pH o la temperatura, pero la detección de marcadores celulares o de microorganismos es mucho más compleja. Así, con los dispositivos vivos, podemos decidir las moléculas de interés y aprovechar los mecanismos de detección propios de las células para hacerlo.
Además, estos dispositivos tienen la ventaja de poder programar una respuesta en función de la combinación de los factores analizados, es decir, que no solo detectan la presencia o ausencia de un marcador, sino que se podrían programar respuestas diferentes en función de la cantidad de señal detectada, entre otros. Hipotéticamente, por ejemplo, se podría hacer un dispositivo celular sobre una venda, de forma que al ponerla sobre una herida fuera capaz de cambiar de color cuando los marcadores de infección llegaran a un umbral concreto.
¿Cómo es el diseño de estos dispositivos y el proceso de impresión que habéis desarrollado?
El diseño de los dispositivos va ligado a cada aplicación, de forma que en primer lugar, en el laboratorio, se tienen que generar las células que detecten el marcador deseado.
Una vez hecho esto se tiene que configurar el orden y la combinatoria de las células, puesto que este orden determina la respuesta final que queremos obtener. Estos dispositivos tienen un circuito de células que se comunican entre ellas; reciben una señal biológica, la modulan y emiten una respuesta. El tipo de modulación que haga cada célula (amplificar la señal o anularla, por ejemplo) y en qué punto del circuito la haga, condicionará la señal recibida por la siguiente célula y por tanto el resultado final.
Para entenderlo mejor, es como si tuviéramos una tubería con tres grifos y tres pilas: la combinación de grifos abiertos o cerrados determinará en qué pila caerá el agua y combinando los diferentes grifos obtendríamos resultados diferentes. Estos dispositivos, basados en los principios de la computación y la electrónica, funcionan de manera similar y podríamos llegar a obtener respuestas muy complejas.
La tecnología que hemos desarrollado nos permite, una vez diseñado este dispositivo, imprimirlo sobre papel con unas “tintas” que contienen células y replicarlo muchas veces. Se disponen las células en el molde, se mojan en el medio y se estampan encima de una tira de papel, que pasa a ser un dispositivo celular.
Así, una vez diseñado el dispositivo, se podría automatizar el sistema de estampación (como si fuera un proceso de camisetas en serie) y escalar la producción a nivel industrial para generar una gran cantidad de dispositivos celulares a un precio low cost.
¿Qué aplicabilidad tiene esta tecnología y cuáles serían los próximos pasos?
El abanico de aplicaciones es inmenso, puesto que se podrían generar dispositivos para detectar múltiples enfermedades o presencia de contaminantes, por ejemplo.
Además de ser fáciles de utilizar, producir y transportar, hemos comprobado que estos dispositivos se podrían conservar a -80 °C de manera casi indefinida sin afectar su utilidad, abriendo un abanico de posibilidades todavía más grande.
“Queríamos hacer dispositivos donde el usuario final no tuviera que ser necesariamente una persona con una formación científica especializada y que el proceso fuera escalable a nivel industrial para reducir los precios”
Javier Macía (DCEXS-UPF), líder de grupo
Ahora mismo estamos en la segunda fase del proyecto, que es cuando buscaremos aplicaciones prácticas, es decir, que puedan llegar al mercado para convertirse en productos de interés. De momento, en el laboratorio hemos hecho unas tiras detectoras de mercurio, y a partir de aquí, buscaremos otras aplicaciones.
En la parte final de mi tesis de doctorado, que es donde se engloba el proyecto, queremos crear una estructura empresarial, es decir, crear una empresa spin-off del proyecto que se dedique a aplicar la tecnología que hemos desarrollado a diferentes nichos de mercado en función de las necesidades de la industria.
Mogas-Díez, S., Gonzalez-Flo, E. & Macía, J. 2D printed multicellular devices performing digital and analogue computation. Nat Commun 12, 1679 (2021).
