Viabilizan el uso de la melanina como material de dispositivos bioelectrónicos

Científicos desarrollan una nueva ruta para sintetizar y facilitar la utilización de este compuesto que dota de pigmentación a los mamíferos en sensores y otras aplicaciones

Por Elton Alisson, desde Montevideo  |  Agência FAPESP – La bioelectrónica –tal como se le denomina al campo de investigación que apunta a combinar componentes electrónicos y biológicos, de manera tal de desarrollar dispositivos miniaturizados capaces de alterar y controlar señales eléctricas en el cuerpo humano mediante su implante–, una nueva frontera de la electrónica, ha atraído el interés de empresas tales como Google y la farmacéutica GlaxoSmithKline (GSK). Ambas multinacionales anunciaron recientemente la concreción de una joint venture para explotar el área.

Uno de los desafíos para viabilizar el desarrollo de estos dispositivos bioelectrónicos consiste en identificar y hacer posible el uso de materiales que, además de tener conductividad electrónica (a base de electrones), también posean conductividad iónica (a base de iones), en la cual se fundamenta la comunicación y el proceso de comunicación entre los neurotransmisores, por ejemplo. Y que, asimismo, sean biocompatibles con el cuerpo humano.

Este mismo reto moviliza también a investigadores de la Facultad de Ciencias de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), en su campus de la localidad de Bauru (São Paulo, Brasil). Los científicos de dicha facultad lograron desarrollar una nueva ruta destinada a la rápida síntesis y viabilidad de uso de la melanina, un compuesto polimérico que dota de pigmentación a la piel, los ojos y el cabello de los mamíferos, y que es apuntado como uno de los materiales más prometedores para su utilización en dispositivos miniaturizados e implantados, tales como biosensores.

Algunos de los resultados de las investigaciones de este grupo se dieron conocer en una conferencia durante la FAPESP Week Montevideo, en una mesa sobre Ciencia e Ingeniería de Materiales.

Este simposio, organizado por la Asociación de Universidades Grupo Montevideo (AUGM), la Universidad de la República (UDELAR) y la FAPESP, se concretó entre los días 17 y 18 de noviembre en el campus de la UDELAR, en la ciudad de Montevideo. Su objetivo fue el fortalecimiento de las actuales colaboraciones y el establecimiento de nuevas alianzas entre científicos de América del Sur en las distintas áreas del conocimiento. Investigadores y dirigentes de instituciones de Uruguay, Brasil, Argentina, Chile y Paraguay participaron en el encuentro.

“Todos los materiales que se han probado en la actualidad destinados a aplicaciones en bioelectrónica son completamente sintéticos”, declaró Carlos Frederico de Oliveira Graeff, docente de la Unesp de Bauru y coordinador del proyecto, a Agência FAPESP.

“Una de las grandes ventajas de la melanina consiste en que, al ser un compuesto totalmente natural y biocompatible con el cuerpo humano, tiene potencial para su utilización en dispositivos, con la función de efectuar la interfaz entre las neuronas cerebrales y la electrónica, por ejemplo”, afirmó.

Los desafíos de su aplicación

De acuerdo con el investigador, uno de los desafíos a la hora de utilizar la melanina como material para el desarrollo de dispositivos bioelectrónicos reside en que este compuesto –al igual que otros materiales a base de carbono, como el grafeno– tiene baja dispersión en un medio acuoso, lo que dificultaba hasta algún tiempo su utilización en la producción de películas delgadas.

Asimismo, el proceso convencional de síntesis de la melanina es complejo. Comprende etapas cuyo control resulta difícil, puede extenderse durante hasta 56 días y puede resultar en estructuras desordenadas.

Mediante una serie de estudios realizados en los últimos años en el ámbito del Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF) –uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPIDs) apoyados por la FAPESP, del cual De Oliveira Graeff es uno de los investigadores principales–, él y sus colaboradores obtuvieron melanina biosintética con buena dispersión en agua y muy similar a la natural a través de una nueva ruta de síntesis.

El proceso que los investigadores desarrollaron tarda tan sólo algunas horas y se basa en cambios de parámetros tales como la temperatura y en la aplicación de presión de oxígeno para generar la oxidación del material.

Al aplicar presión de oxígeno, los científicos lograron incrementar en el material la densidad del grupo carboxílico –compuesto por dos átomos de oxígeno unidos a un carbono: uno a través de una doble unión y otro a través de una unión simple–, lo cual aumenta la solubilidad y la facilidad para obtener suspensiones de melanina biosintética en agua, entre otras funciones.

“Esto facilita bastante la obtención de películas delgadas de melanina con alta homogeneidad y buena calidad”, explicó De Oliveira Graeff.

Mediante el aumento de la densidad del grupo carboxílico, los investigadores también obtuvieron una melanina biosintética más similar a la biológica.

En el proceso de síntesis natural de la melanina, que ocurre en los organismos vivos, existe una enzima que facilita la producción de ácidos carboxílicos.

En la nueva ruta de síntesis de la melanina que desarrollaron, los investigadores lograron mimetizar químicamente el rol de esa enzima y aumentar la densidad de grupos carboxílicos, explicó De Oliveira Graeff.

“Hemos logrado obtener un material más cercano al biológico y elaborar películas de muy buena calidad para su utilización en dispositivos bioelectrónicos mediante síntesis química”, afirmó.

A través de colaboraciones con pares de instituciones de investigación de Canadá, los científicos brasileños empezaron a utilizar el material en una serie de aplicaciones, tales como contactos eléctricos, sensores de pH y células fotovoltaicas.

Más recientemente, dieron comienzo al desarrollo de transistores, los componentes electrónicos empleados como amplificadores o interruptores de señales eléctricas, entre otras distintas funciones.

“Nuestro objetivo mayor consiste en obtener transistores precisamente para promover la unión de la electrónica con los sistemas biológicos”, dijo De Olvieira Graeff.