Los científicos han creado superficies suaves sintéticas con texturas en forma de lengua por primera vez utilizando impresión 3-D, abriendo nuevas posibilidades para probar las propiedades de procesamiento oral de los alimentos, tecnologías nutricionales, terapias farmacéuticas y de boca seca.

Científicos del Reino Unido dirigidos por la Universidad de Leeds en colaboración con la Universidad de Edimburgo han replicado el diseño de superficie altamente sofisticado de una lengua humana y han demostrado que su estructura de silicona sintética impresa imita la topología. elasticidad y humectabilidad de la superficie de la lengua.

Estos factores son fundamentales para la forma en que los alimentos o la saliva interactúan con la lengua, que a su vez puede afectar la sensación en boca, tragar habla, ingesta nutricional y calidad de vida.

Una lengua biomimética ayudará a los desarrolladores a realizar el cribado de productos de nuevo diseño y acelerar los nuevos procesos de desarrollo sin la necesidad de ensayos en humanos en las primeras etapas, que a menudo son muy costosos y consumen mucho tiempo.

Particularmente, desde el inicio de la pandemia COVID-19, El distanciamiento social ha planteado importantes desafíos para llevar a cabo estos ensayos sensoriales y pruebas de consumo. Una lengua biomimética será de gran ayuda para aumentar la productividad del desarrollo y reducir la dependencia de los fabricantes de los ensayos en humanos en las primeras etapas.

Una lengua biomimética podría ofrecer una miríada de aplicaciones para luchar contra la adulteración en los alimentos y otros productos farmacéuticos administrados por vía oral, ya sea que los atributos de textura sean las características que gobiernen y puedan ahorrar una gran pérdida económica.

La naturaleza compleja de la superficie biológica de la lengua ha planteado desafíos en la replicación artificial, añadiendo obstáculos importantes al desarrollo y la detección de tratamientos o terapias eficaces y duraderos para el síndrome de boca seca:aproximadamente el 10% de la población general y el 30% de las personas mayores sufren de sequedad bucal.

Autor principal del estudio, El Dr. Efren Andablo-Reyes realizó esta investigación mientras era becario postdoctoral en la Escuela de Ciencias de la Alimentación y Nutrición de Leeds. Dijo:"La recreación de la superficie de una lengua humana promedio conlleva desafíos arquitectónicos únicos. Cientos de pequeñas estructuras en forma de yemas llamadas papila le dan a la lengua su textura áspera característica que, en combinación con la naturaleza suave del tejido, crea un paisaje complicado de un perspectiva mecánica.

"Centramos nuestra atención en la sección dorsal anterior de la lengua, donde algunas de estas papilas contienen receptores del gusto, mientras que muchos de ellos carecen de tales receptores. Ambos tipos de papilas desempeñan un papel fundamental a la hora de proporcionar la fricción mecánica adecuada para ayudar al procesamiento de alimentos en la boca con la cantidad adecuada de saliva. proporcionando una percepción placentera de la sensación en la boca y una lubricación adecuada para tragar.

"Nuestro objetivo era replicar estas características mecánicamente relevantes de la lengua humana en una superficie que sea fácil de usar en el laboratorio para replicar las condiciones de procesamiento oral".

El estudio que reunió una experiencia única en la ciencia de los coloides alimentarios, física de la materia blanda, odontología, La ingeniería mecánica y la informática se publica hoy en la revista. Materiales e interfaces aplicados ACS .

El equipo tomó impresiones de silicona de las superficies de la lengua de quince adultos. Las impresiones se escanearon ópticamente en 3-D para mapear las dimensiones de las papilas, densidad y la rugosidad media de las lenguas. Se descubrió que la textura de una lengua humana se asemeja a un diseño aleatorio.

El equipo utilizó simulaciones por computadora y modelos matemáticos para crear una superficie artificial impresa en 3-D para que funcione como un molde que contiene pozos con la forma y dimensiones de las diferentes papilas distribuidas al azar en la superficie con la densidad correcta. Este fue moldeado por réplica contra elastómeros de suavidad y humectabilidad optimizadas.

Coautor de la Universidad de Edimburgo, Rik Sarkar de la Escuela de Informática dijo:"La aleatoriedad en la distribución de las papilas parece jugar un papel sensorial importante para la lengua.

"Definimos un nuevo concepto llamado probabilidad de colisión para medir la detección mecánica que tendrá un gran impacto en esta área. En el futuro, utilizaremos una combinación de aprendizaje automático y topología computacional para crear modelos de lengua de diversos individuos sanos y enfermos para abordar diversas afecciones orales ".

Luego, la superficie artificial se imprimió en 3D utilizando tecnología de procesamiento de luz digital con sede en la Escuela de Ingeniería Mecánica de Leeds.

El equipo llevó a cabo una serie de experimentos utilizando diferentes fluidos complejos para garantizar que la humectabilidad de la superficie impresa (cómo un líquido mantiene el contacto y se esparce por una superficie) y el rendimiento de la lubricación era el mismo que el de las impresiones de la lengua humana.

El coautor, el Dr. Michael Bryant de la Escuela de Ingeniería Mecánica de Leeds, dijo:"La aplicación de los principios bio-tribológicos, el estudio de la fricción y la lubricación, en la creación de esta superficie en forma de lengua es un importante paso adelante en este campo.

"La capacidad de producir réplicas precisas de las superficies de la lengua con una estructura y propiedades mecánicas similares ayudará a agilizar la investigación y el desarrollo para el cuidado bucal, productos alimenticios y tecnologías terapéuticas ".

Investigadora principal Anwesha Sarkar, Profesor de coloides y superficies en Leeds, dijo:"Mapear y replicar con precisión la superficie de las lenguas y combinar eso con un material que se aproxima a la elasticidad de la lengua humana no fue una tarea fácil. Aprovechar la experiencia de múltiples disciplinas STEM, Hemos demostrado la capacidad sin precedentes de una superficie de silicona impresa en 3D para imitar el rendimiento mecánico de la lengua humana.

"Creemos que fabricar una superficie sintética con propiedades relevantes que imita las intrincadas características arquitectónicas, y lo que es más importante, el rendimiento lubricante de la lengua humana es fundamental para obtener una comprensión cuantitativa de cómo interactúan los fluidos dentro de la cavidad bucal.

"Esta superficie biomimética de la lengua también podría servir como una herramienta mecánica única para ayudar a detectar falsificaciones en alimentos y bebidas de alto valor en función de los atributos de textura, que es una preocupación mundial y puede ayudar a garantizar la seguridad alimentaria.

"Por último, nuestra esperanza es que la superficie que hemos diseñado pueda ser importante para comprender cómo la biomecánica de la lengua sustenta los fundamentos de la alimentación y el habla humanos.