{"id":116319,"date":"2013-05-06T12:14:13","date_gmt":"2013-05-06T15:14:13","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=116319"},"modified":"2017-03-07T18:20:45","modified_gmt":"2017-03-07T21:20:45","slug":"una-bateria-de-glucosa","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/una-bateria-de-glucosa\/","title":{"rendered":"Una bater\u00eda de glucosa"},"content":{"rendered":"

\"074_075_Biocelula_205\"<\/a>Los usuarios de marcapasos necesitan cada cinco a ocho a\u00f1os someterse a una peque\u00f1a cirug\u00eda para reemplazar la bater\u00eda del dispositivo. Para mantener el artefacto implantado sin necesidad de realizar ese recambio, algunos grupos de investigaci\u00f3n en el mundo est\u00e1n trabajando para desarrollar microbater\u00edas que transforman la energ\u00eda qu\u00edmica en el\u00e9ctrica en el interior de los vasos sangu\u00edneos, utilizando biocatalizadores (enzimas o microorganismos) para acelerar las reacciones qu\u00edmicas y generar corriente el\u00e9ctrica. Uno de los proyectos m\u00e1s prometedores se encuentra en fase de desarrollo, a cargo del equipo del profesor Frank Crespilho, coordinador del Grupo de Bioelectroqu\u00edmica e Interfaces del Instituto de Qu\u00edmica de S\u00e3o Carlos (IQ-SC), de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), que tambi\u00e9n incluye a investigadores de la Universidad Federal del ABC (UFABC), en Santo Andr\u00e9 (S\u00e3o Paulo). Se trata de una bioc\u00e9lula de combustible (BFC, del ingl\u00e9s bio-fuel cells<\/i>), que utiliza glucosa de sangre de rata para producir energ\u00eda. Para probarla, los investigadores implantaron ese dispositivo en el interior de la vena yugular de un roedor.<\/p>\n

Crespilho comenz\u00f3 a trabajar con esas bioc\u00e9lulas en 2008, y empez\u00f3 a desarrollar la microc\u00e9lula para implantes al finales de 2010. \u201cEl principal objetivo consist\u00eda en desarrollar una bioc\u00e9lula y utilizarla como fuente de energ\u00eda alternativa para su aplicaci\u00f3n en marcapasos, bombas de insulina, implantes neurales, bioestimuladores el\u00e9ctricos y liberaci\u00f3n controlada de f\u00e1rmacos\u201d, explica. \u201cLas biobater\u00edas de glucosa y ox\u00edgeno insertables, tal como la que se encuentra en estudio, son atractivas porque pueden generar una diferencia de potencial mayor que 1 voltio [como ejemplo, una pila del tipo AA, ofrece 1,5 voltios]. Adem\u00e1s, tanto la glucosa como el ox\u00edgeno molecular se encuentran disponibles en muchas regiones del organismo humano\u201d.<\/p>\n

Una de las innovaciones de la BFC del grupo de Crespilho es la escala y el tama\u00f1o de sus componentes. \u201cA la bioc\u00e9lula que desarrollamos la denominamos \u2018microc\u00e9lula\u2019, pues trabaja con microvol\u00famenes. Y el tama\u00f1o de los electrodos posibilita el implante dentro de una vena de rata\u201d, explica. Los electrodos miden 20 micrones de di\u00e1metro (seis veces menos que un pelo), y se insertan dentro de un cat\u00e9ter de 0,5 mil\u00edmetros (mm) de di\u00e1metro por 0,6 mm de longitud. Tal como las pilas comunes, la BFC creada en S\u00e3o Carlos posee dos electrodos, el c\u00e1todo, o polo positivo, y el \u00e1nodo, o polo negativo. El primero est\u00e1 construido con nanopart\u00edculas de platino y el segundo, con la enzima glucosa oxidasa. Ambos est\u00e1n recubiertos con un pol\u00edmero y montados sobre un soporte de fibra flexible de carbono, que constituye el propio electrodo. \u201cLas c\u00e9lulas sangu\u00edneas, tales como los gl\u00f3bulos rojos y blancos, por ejemplo, pueden adherirse en la superficie de los electrodos y bloquear la difusi\u00f3n de la glucosa\u201d, explica Crespilho. \u201cPor eso, nuestra estrategia consisti\u00f3 en la utilizaci\u00f3n de un pol\u00edmero especial, denominado dendr\u00edmero, que evita la adherencia y el bloqueo de los electrodos\u201d.<\/p>\n

Las fibras flexibles de carbono son otra de las innovaciones del grupo. Seg\u00fan Crespilho, cuando el equipo decidi\u00f3 desarrollar bioc\u00e9lulas de combustible para aplicaciones m\u00e9dicas, la primera percepci\u00f3n fue la necesidad de crear electrodos flexibles y compatibles con el sistema biol\u00f3gico. “A partir de ah\u00ed comenzamos a utilizar fibras flexibles de carbono\u201d, comenta. Las fibras de carbono y los electrodos ya eran viejos conocidos de los investigadores. Sin embargo, no exist\u00edan datos en la literatura cient\u00edfica de su uso con ese objetivo. Mediante novedosas t\u00e9cnicas de micromanipulaci\u00f3n, ellos extrajeron diferentes tipos de fibras de tejidos de carbono comerciales utilizados en la fabricaci\u00f3n de materiales livianos y con alta resistencia, tales como los empleados para los autos de F1, tablas de surf y cuadros de bicicletas, por ejemplo.<\/p>\n

La obtenci\u00f3n de la fibra de carbono adecuada para la BFC fue algo de lo m\u00e1s complicado del proyecto. No puede utilizarse cualquier marca comercial. \u201cTardamos al menos dos a\u00f1os en obtener el tejido ideal, pues los electrodos dependen mucho de c\u00f3mo se encuentran alineados los \u00e1tomos de carbono y de la calidad de los materiales empleados en la fabricaci\u00f3n de las fibras\u201d, explica Crespilho. \u201cFue necesario el desarrollo de una t\u00e9cnica destinada a la obtenci\u00f3n de esas fibras. Una vez seleccionadas, \u00e9stas pasan por un tratamiento qu\u00edmico y pueden utilizarse en la bioc\u00e9lula\u201d. Cuando est\u00e1 lista, la BFC se implanta dentro de la yugular de la rata. \u201cLa sangre pasa por ella y transporta glucosa, que es el combustible, hacia el \u00e1nodo, mientras que el ox\u00edgeno act\u00faa en el c\u00e1todo\u201d, describe Crespilho. \u201cLa glucosa reacciona en la superficie del primero, que contiene la enzima glucosa oxidasa, y le \u2018cede\u2019 electrones a la c\u00e9lula, en un proceso conocido como oxidaci\u00f3n. En el segundo, ocurre la reducci\u00f3n de un agente oxidante, en este caso el ox\u00edgeno disuelto en la sangre del animal. En esta reacci\u00f3n, ese elemento gana electrones\u201d.<\/p>\n

Los dos electrodos posibilitan el paso de electrones desde un extremo al otro. La electricidad surge debido a ambas reacciones, oxidaci\u00f3n y reducci\u00f3n, denominadas en conjunto redox, en la cual los electrones pueden transportarse hacia un circuito externo. Como por ejemplo, un marcapasos. Para que ello suceda, la electricidad generada se transporta desde la BFC hacia el dispositivo mediante los hilos que atraviesan las paredes de la vena. De esta manera, la bioc\u00e9lula se alimenta constantemente pues la sangre contiene ox\u00edgeno y glucosa, que son repuestos en todo momento mediante la respiraci\u00f3n y la alimentaci\u00f3n.<\/p>\n

Mayor densidad
\n<\/b>En un art\u00edculo cient\u00edfico publicado en la revista Lab on a Chip<\/i>, los investigadores tambi\u00e9n comentan sobre la necesidad de nuevos estudios sobre alternativas para evitar la inflamaci\u00f3n y la formaci\u00f3n de tejidos fibrosos sobre los electrodos implantados en los vasos sangu\u00edneos, lo cual disminuye la vida \u00fatil del dispositivo. Adem\u00e1s del grupo de la USP de Sao Carlos y de la UFABC, hay otros tres en el mundo, dos en Estados Unidos y uno en Francia, desarrollando bioc\u00e9lulas. El pionero fue el del profesor Serge Cosnier, de la Universidad Joseph Fourier, en Francia, quien en 2010 implant\u00f3 una BFC dentro del abdomen de una rata. En 2012, Daniel Scherson, de la Universidad Case Western Reserve, de Estados Unidos, prob\u00f3 lo mismo en una cucaracha. El mismo a\u00f1o, el grupo de Evgeny Katz, de la Universidad Clarkson, la implant\u00f3 en un caracol. \u201cDe todos esos trabajos, fue nuestro grupo el que desarroll\u00f3 la bater\u00eda insertable con mayor densidad de potencia registrada hasta ahora, con unos 100 microvatios por cent\u00edmetro cuadrado\u201d, asegura Crespilho. Para llevar adelante este proyecto, el grupo de S\u00e3o Carlos y de Santo Andr\u00e9 recibi\u00f3 financiaci\u00f3n de la FAPESP, adem\u00e1s de recursos aportados por el Instituto Nacional de Electr\u00f3nica Org\u00e1nica (Ineo) y de la Red de Nanobiomedicina (Nanobiomed), dependiente de la Coordinaci\u00f3n de Perfeccionamiento del Personal de Nivel Superior (Capes).<\/p>\n

Proyecto<\/strong>
\nInteracci\u00f3n entre biomol\u00e9culas y sistemas celulares con nanoestructuras OD, 1D y 2D utilizando m\u00e9todos electroqu\u00edmicos (n\u00ba 2009\/15558-1<\/a>); Modalidad<\/b> Ayuda Regular al Proyecto de Investigaci\u00f3n; Coord.<\/b> Frank Crespilho\/ USP; Inversi\u00f3n<\/b> R$ 92.262,80 y US$ 50.821,57 (FAPESP).<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico<\/em>
\nSALES, F. C.\u00a0et al<\/em>. An intravenous implantable glucose\/ dioxygen biofuel cell with modified flexible carbon fiber electrodes<\/a>. Lab on a Chip<\/b>. v. 13, p. 468-74, 2013.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Los marcapasos podr\u00e1n funcionar con la electricidad obtenida de la sangre","protected":false},"author":20,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[328],"coauthors":[112],"class_list":["post-116319","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es","tag-quimica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/116319","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/20"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=116319"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/116319\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=116319"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=116319"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=116319"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=116319"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}