Neurona artificial cierra un atrapamoscas de Venus
Cuando una Venus atrapamoscas rompe sus lóbulos carnosos alrededor de un insecto desprevenido, se acabó el juego para la presa. El inusual hábito de la planta de comer como refrigerio a los animales ha capturado la imaginación de personas que van desde Charles Darwin hasta el dramaturgo Howard Ashman y el compositor Alan Menken (los dos últimos crearon el musical de 1982 Pequeña tienda de los horrores, protagonizada por una planta devoradora de humanos). Ahora, en un experimento que podría parecer sacado directamente de una novela de ciencia ficción, los científicos han aprovechado el poder de la trampa para moscas: han desarrollado un método para activar su trampa usando neuronas artificiales suaves y semiorgánicas.
«El objetivo general de nuestra investigación es tratar de desarrollar dispositivos que puedan imitar el funcionamiento de los componentes básicos de nuestro cuerpo», dice la coautora del estudio, Simone Fabiano, investigadora de nanoelectrónica orgánica en la Universidad de Linköping en Suecia. El atrapamoscas de Venus proporciona un campo de pruebas eficiente para una interfaz entre las criaturas vivas y la electrónica que, Fabiano y su equipo esperan, algún día pueda conducir a biosensores completamente integrados para monitorear la salud humana, o una mejor interfaz para que las personas controlen prótesis avanzadas con sus nervios. . Los resultados fueron publicados en Nature Communications la semana pasada.
Esta no es la primera vez que los científicos controlan una Venus atrapamoscas. Alexander Volkov de la Universidad de Oakwood ha estado investigando la electrofisiología de las plantas, y específicamente las trampas para moscas de Venus, durante décadas. En 2007, él y su laboratorio conectaron cables plateados al mecanismo de apertura de una trampa para moscas e hicieron pasar una corriente eléctrica a través del sistema, lo que provocó que los lóbulos se cerraran.
Tales experimentos funcionan porque el movimiento está controlado por un aparato similar al sistema nervioso de un animal. En la trampa para moscas, el floema, el tejido que transporta nutrientes a través de una planta, contiene canales iónicos a través de los cuales pueden fluir partículas cargadas. Esto hace que los lóbulos de la planta se cierren, de forma similar a como fluye una carga eléctrica a lo largo de los nervios de un animal para enviar órdenes a sus músculos. Pero hay algunas diferencias clave entre los dos sistemas. “En las trampas para moscas de Venus, el calcio mitiga la [electrical] respuesta, mientras que en los animales, por lo general es sodio”, dice Swetha Murthy, bioquímica de la Universidad de Ciencias y Salud de Oregón, que también trabaja con las trampas para moscas de Venus, pero no participó en el nuevo estudio. Además, las membranas de la planta están hiperpolarizadas, en comparación con las neuronas animales. Esto significa que los científicos tienen que usar corriente extra para inducir una reacción en el atrapamoscas de Venus. Lo hacen incorporando iones de cloruro cargados en su dispositivo electrónico.
A pesar de estas diferencias, el canal de iones de un atrapamoscas de Venus sirve como un buen modelo para probar la actividad nerviosa, gracias al tamaño del canal. “Es fácil de medir en experimentos”, dice Volkov. Y el gran movimiento de cierre de la trampa, similar a una almeja, es una señal obvia de que la señal ha llegado. Además, hay menos consideraciones éticas cuando se trata de usar plantas, en lugar de animales, en el laboratorio.
Para cerrar su trampa para moscas, Fabiano y sus colegas construyeron un dispositivo electrónico similar a una neurona. Comenzaron con la serigrafía de electrodos de cloruro de plata y carbono sobre una base de poliéster. “Es lo que se usa para imprimir etiquetas en camisetas”, explica Fabiano. “Es una forma muy, muy simple de fabricar productos electrónicos”. A continuación, conectaron los electrodos a los lóbulos y la nervadura central (o pliegue) de la trampa de la planta e hicieron pasar una corriente a través del sistema, primero a una frecuencia alta y luego a una más baja. Descubrieron que la alta frecuencia desencadenó una respuesta rápida, pero la baja frecuencia no fue suficiente para cerrar la trampa.
Esta configuración era algo similar al trabajo original de Volkov y la investigación previa que involucraba neuronas artificiales, pero difería en un par de aspectos cruciales. Por un lado, no usaba silicio, un componente rígido y relativamente caro de la mayoría de las demás neuronas artificiales. Y a diferencia de los estudios anteriores de Venus atrapamoscas, imitó la estructura de una neurona real al incluir un pequeño espacio a través del cual los iones pueden saltar (conocido como sinapsis en una célula nerviosa real) dentro de los electrodos serigrafiados.
Aunque considera alentadores los resultados de su equipo, Fabiano reconoce que el sistema aún no está listo para interactuar con las células humanas. “Todavía tenemos un par de órdenes de magnitud antes de llegar a la eficiencia energética de nuestras neuronas biológicas”, dice. Una vez que la neurona artificial se vuelve más eficiente, cree que esta tecnología podría usarse para establecer un vínculo entre los nervios de señalización de una persona y una extremidad artificial, lo que permitiría un control protésico continuo.
Volkov no está convencido de que la nueva investigación represente un verdadero avance. Muchos investigadores han diseñado sistemas para interactuar con las plantas, dice. “Algunas personas han cerrado las trampas para moscas de Venus con un teléfono inteligente”, agrega Volkov. Dada la diferencia en la fisiología de las plantas y los animales, no está seguro de que el sistema pueda traducirse en neuronas reales que controlen un dispositivo externo.
Murthy es más optimista. “Creo que este estudio ofrece un gran potencial para desarrollar e integrar dispositivos implantables como biosensores”, dice. “Es un experimento de prueba de principio”.
