La biomedicina no para. Esta ciencia se encuentra inmersa en un avance continuo, que le permite incorporar estrategias que, hace unos años, simplemente parecían imposibles. Una línea de investigación prometedora la representan las bacterias magnéticas o magnetotácticas, un grupo de microbios con un potencial elevado en biomedicina y que pueden protagonizar la enésima revolución en esta ciencia y convertirse en los nuevos biorobots.
Investigadores del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa de la Universidad de Chile y de la Universidad Adolfo Ibáñez crearon simulaciones computaciones y un modelo experimental con más de 100 mini robot magnéticos para estudiar el comportamiento de estas curiosas bacterias.
Qué son las bacterias magnéticas o magnetotácticas
Las bacterias magnetotácticas son un grupo de microbios acuáticos, que viven en ríos, pantanos y lagos del mundo, que se caracterizan por poseer en su interior una cadena de nanopartículas magnéticas, llamada magnetosomas. Una especie de “columna vertebral de imanes” que funciona como una brújula y que les permite orientarse, según el campo magnético de la Tierra y, así nadar y guiarse en busca de nutrientes y zonas bajas en oxígeno, que es el ambiente que necesitan para reproducirse.
Esta es una cualidad que ha llamado la atención de la ciencia debido a su potencial uso como biorobots con aplicaciones médicas, dado que pueden -eventualmente- ser controladas mediante la aplicación de campos magnéticos externos a ellas. Conocer más sobre su comportamiento y desentrañar cómo se desenvuelven en diversos escenarios, en este sentido, se ha vuelto crucial.
Qué característica diferencia a las bacterias que pueden actuar como biorobots
Los investigadores han observado una característica que diferencia a estas bacterias: las colonias de estas bacterias podían organizarse, formando cadenas, vórtices y diversas configuraciones, hasta entonces desconocidas, de acuerdo a sus necesidades, a partir de estudios de Francisca Guzmán, investigadora principal del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa y académica del Departamento de Física (DFC) de la Universidad de Chile, realizó en 2016 un trabajo donde analizó el comportamiento de bacterias magnéticas artificiales.
Dos años después, Andrés Concha, doctor en Física y docente de la Universidad Adolfo Ibáñez, decidió hacer un estudio experimental para ver si las configuraciones que la doctora Guzmán había descubierto a nivel microscópico se repetían a nivel macro, es decir, con objetos más grandes que pudieran verse a simple vista. Los objetos escogidos para los experimentos fueron los hexbugs, una suerte de “bichitos” robóticos del tamaño de una cabeza de cepillo de dientes, que se usan en diversas investigaciones de física.
Es así como en el año 2019, el equipo conformado por los doctores Concha y Guzmán, además del investigador principal del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa, Néstor Sepúlveda, colocaron en un corral circular un centenar de estos mini robots, a cada uno de los cuales agregaron un caparazón con un magneto para estudiar sus movimientos. Sepúlveda, experto en física computacional aplicada a la biología, realizó las simulaciones computaciones para ir registrando los movimientos de esta colonia de pequeños robots y dotarlos de las características de las bacterias magnéticas, pero a macroescala.
“Podíamos controlar su velocidad a través de la pila que usaban y la intensidad de los magnetos, que íbamos cambiando para ver sus comportamientos”, detalla la doctora en Fluodinámica, Francisca Guzmán.
Cuáles son los límites biológicos de estos biorobots
En esta investigación, publicada en arXiv, descubrieron que los robots se comportaban igual que las bacterias lo hacían a nivel microscópico, formando estructuras como cadenas, vórtices y otras configuraciones. Sin embargo, también vieron que cuando la intensidad del imán era aumentada, los robots dejaban de armar estas formas para generar duplas que giraban sin parar. “Eso nos dice que hay un límite biológico para la intensidad de ese magneto en la vida real. Estas bacterias lo deben tener débil, porque si tuvieran un magneto de alta intensidad no podrían sobrevivir, no podrían vivir en comunidad, ya que se acoplarían en duplas y serían incapaces de nadar”, indica la académica de la Facultad de Ciencias de la U. de Chile.
Los experimentos revelaron, además, que no solo los sistemas pasivos o que no se autopropulsan tienen configuraciones metaestables (o de baja energía) al interactuar magnéticamente. Los sistemas activos también las pueden tener, aunque de forma distinta. “En las partículas pasivas existen ciertas configuraciones metaestables, porque el sistema está en equilibrio cuando existe la interacción magnética. Pero cuando las cosas se mueven o tienen alguna actividad vimos que también se pueden ver estados metaestables, lo que desde el punto de vista de la física es muy interesante, ya que no se había visto de forma experimental”.
Los resultados de esta investigación pueden impactar tanto en la física, como en la ecología y en la medicina, ya que conocer más sobre los límites biológicos de estas bacterias magnéticas y su comportamiento al nadar en grupo permite estudiar nuevos estados y configuraciones en los sistemas activos; entender cómo han evolucionado y la importancia de la vida en colonia en sus nichos ecológicos naturales; además de tener más información a la hora de usarlas en potenciales investigaciones biomédicas para reparar tejidos o llevar fármacos directo a tumores, estudios que están realizando diversos científicos en el mundo, entre ellos, un equipo de investigadores del Núcleo Milenio, encabezado por la doctora María Luisa Cordero, académica del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile y subdirectora del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa.
