Cuando era niño al físico Seth Fraden le encantó la película "Viaje fantástico, "sobre un submarino microscópico que viaja a través de un torrente sanguíneo humano. Hace casi 10 años, Fraden comenzó una búsqueda para crear una anguila robótica que pudiera enviar en un viaje similar, aunque no sería por entretenimiento. La anguila estaría diseñada para administrar un fármaco a células o genes. Y para capturar la flexibilidad de la verdadera criatura marina, tomaría la forma de un gel que podría deslizarse por el agua.

Esta primavera, Fraden anunció que había logrado los primeros pasos para hacer realidad su visión. En el diario Laboratorio en un chip , informó que él y su equipo habían creado un modelo utilizando sustancias químicas y contenedores microscópicos de una red de neuronas. Es esta red la principal responsable del movimiento de natación en zigzag característico de la anguila.

A continuación, Fraden planea incrustar su red neuronal en un gel. Si todo sale según lo planeado el gel se moverá de la misma manera que una anguila mientras nada.

¿Por qué una anguila?

La anguila robótica es parte de un esfuerzo mayor de Fraden para construir máquinas hechas de productos químicos y otros materiales sintéticos que se comportan como organismos vivos. "Animar materia inanimada" es como lo describe. No está dando vida a la materia inorgánica. Está construyendo dispositivos que actúan como aspectos y características de los seres vivos:ropa que se repara mediante el mismo proceso que usan nuestras células para cerrar una herida. por ejemplo, o nanobots que nadan como peces a través de tuberías de agua, transporte de materiales para reparar daños en las tuberías. La red neuronal artificial de Fraden es solo el comienzo.

Comparado con la mayoría de las criaturas marinas, la anguila tiene un sistema relativamente simple para nadar. Su columna vertebral corre a lo largo de su cuerpo y está rodeada a ambos lados por una columna de neuronas. Cuando las neuronas se disparan secuencialmente por una de las columnas, provocan una ola de contracción muscular, haciendo la curva de la columna. Cuando las neuronas de la otra columna se activan, la columna se curva en la dirección opuesta. El resultado es un suave movimiento hacia adelante y hacia atrás de la columna mientras la anguila nada.

Fraden está siguiendo un proceso de tres pasos para construir su anguila dispensadora de medicamentos.

Paso 1:crea una neurona.

Las neuronas oscilan entre dos estados:excitador e inhibitorio. En el modo excitador, hacen que se activen otras neuronas. Cuando son inhibitorios evitan que otras neuronas se activen.

Como sucede, hay una clase de reacciones químicas que oscila entre dos estados, comparables a los de una neurona. Observado por primera vez en las décadas de 1950 y 1960 por los científicos rusos Boris Belousov y Anatol Zhabotinsky, la reacción de BZ, como se llama, va y viene entre estados de actividad e inactividad.

Irv Epstein, el profesor de química Henry F. Fischbach, es uno de los principales expertos del mundo en la reacción de BZ. Trabajó codo a codo con Zhabotinsky, que llegó a Brandeis como profesor adjunto de química después del colapso de la Unión Soviética. Fue Epstein junto con varios otros investigadores, quien señaló que el patrón activo / inactivo de la reacción BZ era análogo al comportamiento exhibidor / inhibitorio de las células nerviosas. Esto llevó a Fraden a usar reacciones BZ para crear sus neuronas artificiales.

Ahora que había encontrado sus "neuronas, "Fraden y su laboratorio diseñaron un contenedor para contenerlos. Parecía una bandeja de cubitos de hielo con dos columnas, cada uno dividido en compartimentos individuales para cubitos de hielo.

Paso 2:construye una red neuronal.

Como Fraden lo imaginó, cada compartimento de cubitos de hielo era una neurona individual. Esto hizo que las columnas fueran comparables a las líneas de neuronas a ambos lados de la columna vertebral de la anguila.

Fraden llenó cada una de las cámaras de cubitos de hielo con una solución líquida que contenía los productos químicos necesarios para la reacción BZ. La primera reacción de BZ ocurrió en el contenedor en la parte superior de una de las columnas. Cuando se volvió activo (excitador), liberó una molécula que entró en el contenedor de cubitos de hielo directamente debajo de él, activando el

Próximo, la reacción BZ se volvió inactiva (inhibitoria). Luego liberó una molécula que viajó al contenedor de cubitos de hielo directamente enfrente de él, suprimiendo eficazmente, o poner en espera, la reacción BZ en ese recipiente.

Surgió un patrón. Uno a uno, se activaron las reacciones BZ en una columna, mientras que las reacciones BZ en la otra columna se pusieron en modo de pausa. Cuando se completaron todas las reacciones BZ en la primera columna, las reacciones de la segunda columna salieron de la pausa y se iniciaron.

Las reacciones de la segunda columna también procedieron una tras otra, hacia abajo. Y ahora también suprimieron las reacciones en la primera columna. Por lo tanto, la primera columna se puso en marcha de nuevo sólo después de que terminaron las reacciones de la segunda columna.

Notablemente, las reacciones BZ estaban interconectadas y comunicadas entre sí en el mismo orden que las neuronas espinales de la anguila, saliendo uno a la vez, una columna tras otra. Fraden entrelazó las reacciones de BZ para que, en efecto, actuaron juntos como una sola entidad.

¿Por qué las moléculas activantes viajan solo verticalmente y las desactivadoras solo horizontalmente? Esto se debió al diseño de los divisores entre los contenedores. Los divisores en las columnas solo permitían el paso de moléculas activantes. Los divisores entre las columnas permitían solo los desactivadores.

El tercer paso:la red neuronal se convierte en un gel.

Fraden ha seleccionado un gel que cambia de forma que responde a los productos químicos en el que implantará su aparato de cubitera de hielo. "Esperamos que el material se comporte de la misma manera que lo hace el cuerpo de una anguila en respuesta a los disparos de sus neuronas, ", dice." Se deslizará lejos ".