El desarrollo de una nueva generación de músculos artificiales y nanorobots blandos para la administración de fármacos son algunos de los objetivos a largo plazo de 4D-BIOMAP. un proyecto de investigación ERC de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) que desarrolla metodologías biomagnomecánicas transversales para estimular y controlar procesos biológicos como la migración y proliferación celular, la respuesta electrofisiológica del organismo, y el origen y desarrollo de patologías de tejidos blandos.

"La idea general de este proyecto de investigación es influir en diferentes procesos biológicos a nivel celular (es decir, cicatrización de la herida, sinapsis cerebrales o respuestas del sistema nervioso) mediante el desarrollo de aplicaciones de ingeniería oportunas, "explica el investigador principal de 4D-BIOMAP, Daniel García González del Departamento de Mecánica de Continuidad y Análisis Estructural de la UC3M.

Los llamados polímeros magnetoactivos están revolucionando los campos de la mecánica de sólidos y la ciencia de los materiales. Estos compuestos consisten en una matriz polimérica (es decir, un elastómero) que contiene partículas magnéticas (es decir, hierro) que reaccionan mecánicamente cambiando su forma y volumen. "La idea es que la aplicación de un campo magnético externo conduce a fuerzas internas en el material. Estas fuerzas resultan en alteraciones de sus propiedades mecánicas, como rigidez o incluso cambios de forma y volumen que pueden interactuar con los sistemas celulares '", explica Daniel García González. El investigador publicó recientemente un artículo científico en Composites Parte B:Ingeniería sobre este tema junto a sus compañeros del Departamento de Análisis Estructural de la UC3M y del Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial. En esta colaboración transversal, motivado en experimentos originales, proponen un modelo que proporciona una guía teórica para diseñar sistemas estructurales magnetoactivos que podrían aplicarse en la estimulación de la cicatrización de heridas epiteliales.

La respuesta magneto-mecánica está determinada por las propiedades del material de la matriz polimérica y las partículas magnéticas. Si estos procesos están controlados, se podrían desarrollar otras aplicaciones de ingeniería, como robots blandos que pueden interactuar con el cuerpo o una nueva generación de músculos artificiales, observa el investigador, quien explica el potencial de esta tecnología con una comparación:"Imaginemos a alguien que está en la playa y quiere dar un paso adelante rápidamente. Sin embargo, la arena (el entorno mecánico) hace que sea un poco más difícil para ellos avanzar que si estuvieran parados sobre asfalto o una pista de atletismo. Similar, en nuestro caso, si una célula está sobre un sustrato demasiado blando, hará que sea más difícil moverse. Entonces, si somos capaces de alterar estos sustratos y crear esta pista de atletismo para las células, Haremos que todos estos procesos se desarrollen de manera más eficiente ".

4D-BIOMAP (Estimulación biomecánica basada en polímero magnetoactivo impreso 4D) es un proyecto de cinco años financiado con 1,5 millones de euros por el Consejo Europeo de Investigación a través de una ERC Starting Grant dentro del Programa Marco de Investigación e Innovación, Horizonte 2020 (GA 947723). Este proyecto de investigación se aborda desde una perspectiva multidisciplinar, que involucran conocimientos de disciplinas como la mecánica sólida, magnetismo, y bioingeniería. Además de esto, computacional experimental, y se combinarán metodologías teóricas.