Raíces en vidrio en vez de en tierra: biotecnología para redes microfluídicas

La tecnología microfluídica ha adquirido una importancia creciente en muchos campos científicos, como la medicina regenerativa o la microelectrónica. Sin embargo, las técnicas convencionales de microfabricación tienen limitaciones que impiden la construcción de redes microfluídicas de alta complejidad en 3D.

Una nueva y revolucionaria técnica, mediante biotecnología, se ha revelado capaz de superar estas limitaciones.

La técnica, desarrollada por Tetsuro Koga, Shota Nakashima y Fujio Tsumori, los tres de la Universidad de Kyushu en Japón, se sirve de vegetales y hongos.

El equipo espera que su nueva técnica de fabricación microfluídica bioinspirada pueda utilizarse en diversos campos de la ciencia y la ingeniería, lo que podría dar lugar a microrreactores más eficientes, intercambiadores de calor avanzados y andamiajes innovadores para la ingeniería de tejidos, entre muchas otras aplicaciones.

Para probar la nueva técnica, el equipo comenzó por preparar una “tierra” de cultivo utilizando nanopartículas de vidrio (sílice) de menos de 1 micrómetro de diámetro y un aglutinante elaborado con celulosa y otras sustancias.

A continuación, los investigadores sembraron esta “tierra” y esperaron a que las plantas echaran raíces. Tras confirmar que las plantas crecían con éxito, las retiraron mediante la aplicación de una temperatura lo bastante alta, y quedó solo el vidrio con una compleja red microfluídica 3D de espacios huecos de tamaño micrométrico donde antes estaban las raíces.

Su método fue capaz de replicar las intrincadas estructuras biológicas de las raíces principales de una planta, que pueden tener hasta 150 micrómetros de diámetro, e incluso sus pelos radiculares, que pueden tener un diámetro tan pequeño como de 8 micrómetros.

Las pruebas con otros organismos demostraron que el método puede replicar incluso la estructura radicular de los hongos, constituida por hifas. Las hifas son incluso más delgadas que las partes más finas de las raíces y pueden ser tan pequeñas como para tener solo uno o dos micrómetros de diámetro. Eso es más fino que una hebra de seda de araña.

Estructura de vidrio con vasculatura construida a partir de un vegetal (izquierda) y a partir de un hongo (derecha). En el interior del chip de vidrio transparente se forman cavidades siguiendo el patrón de las raíces o el de las hifas. Los canales similares a pelos radiculares (izquierda) tienen una decena de micrómetros de grosor, y los canales parecidos a hifas (derecha), unos 2 micrómetros. (Fotos: Kyushu University / Tsumori Lab)

El nuevo método también puede por tanto utilizarse para observar y preservar la organización espacial de estructuras biológicas tridimensionales que suelen ser difíciles de estudiar en el subsuelo, lo cual brinda nuevas oportunidades de investigación en biología vegetal y fúngica.

Koga, Nakashima y Tsumori exponen los detalles técnicos de su nuevo método para construir redes microfluídicas complejas en la revista académica Scientific Reports, bajo el título “Replicating biological 3D root and hyphal networks in transparent glass chips”. (Fuente: NCYT de Amazings)