Células de biocombustible, la electricidad que sale del cuerpo.

Células de biocombustible, la electricidad que sale del cuerpo
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Las células de biocombustible usan glucosa y oxígeno del cuerpo para generar energía.
Enchufar
los dispositivos electrónicos a tomacorrientes en la pared, cargarlos
con pilas o quizás con paneles solares, no tiene nada de extraño. Esas
son las formas cómo usualmente obtenemos energía para nuestros aparatos.
¿Pero se imagina que los pueda enchufar en su cuerpo?
Podría
sonar demasiado rebuscado, pero bajo a los piés de los Alpes, el doctor
Serge Cosnier y su equipo en la Universidad Joseph Fourier de Grenoble,
en el sur de Francia, han construido un dispositivo que lo haría
posible.

El aparato, que es llamado célula de biocombustible o
célula de combustible biológico, utiliza la glucosa y el oxígeno de las
concentraciones que se almacenan en el cuerpo para generar electricidad.

Se
trata del primer equipo de científicos en el mundo que demuestran que
su dispositivo funciona tras ser implantado en un animal vivo.

Si
todo marcha como está planeado, las células de biocombustibles podrían
ser usadas para alimentar con energía a una amplia gama de implantes
médicos, desde sensores y dispositivos para suministrar medicamentos
internamente hasta órganos artificiales.

Todo lo que necesitas para activarlos es comer una barra dulce o una bebida gaseosa.

Revolución

Las
células de biocombustibles podrían iniciar una revolución en el mundo
de los órganos artificiales y las prótesis, lo cual podría transformar
las vidas de decenas de miles de personas cada año.

Una nueva
gama de órganos artificiales, impulsada por electricidad, está en pleno
desarrollo, incluyendo corazones, riñones y esfínteres urinarios.

También
ha comenzado el desarrollo de miembros artificiales como manos, dedos e
incluso ojos. Pero todos tienen un talón de Aquiles: necesitan de
electricidad para funcionar.

Las pilas son lo suficientemente buenas para algunos implantes que no requieren mucha energía, pero se agotan muy rápido.

Incluso
dispositivos que no usan mucha electricidad, como los marcapasos,
tienen una vida útil limitada debido a que dependen de las baterías.

Usualmente, es necesario que dichas baterías se remplacen después de cinco años de su implantación.

Un
estudio en Estados Unidos determinó que uno de cada cinco personas de
70 años, que tienen implantado un marcapasos, sobrevivió por otros 20
años.

Eso significa que ese grupo de adultos mayores necesitó,
tras el primer implante, alrededor de tres operaciones adicionales, sólo
para poder remplazar la batería.

Cada operación está acompañada
de los riesgos de cualquier intervención quirúrgica. Algo que si
cualquiera persona puede evitar, lo haría.

Órganos artificiales
como riñones, ojos o brazos, requerirían tal nivel de energía que sería
necesario una recarga en cuestión de semanas para mantenerlos
funcionando.

No sería práctico usar pilas en esos dispositivos.

Es así como las células biocombustibles se convierten en una esperanza.

El
doctor Cosnier y su equipo son uno de los grupos de investigadores en
todo el mundo que desarrollan la tecnología para reducir las
limitaciones inherentes.

Fluidos corporales

Las
células de biocombustibles son increíblemente simples. Están hechas de
dos electrodos especiales, uno tiene la propiedad de remover los
electrones de la glucosa y, el otro, tiene la habilidad de donar
electrones a las moléculas de oxígeno e hidrogeno, produciendo agua.

Los electrodos se unen en una solución que contiene glucosa y oxígeno.

Un electrodo empezará a extraer electrones de la glucosa y el otro comenzará a vaciar electrones en el oxígeno.

Se conectan los electrodos a un circuito y se produce un flujo neto de electrones, lo que resulta en una corriente eléctrica.

La
glucosa y el oxígeno están disponibles en el cuerpo humano. Por eso,
hipotéticamente hablando, una célula de biocombustible podría mantenerse
trabajando indefinidamente.

"Una batería consume la energía que
tiene almacenada y cuando se acaba, se acaba. Una célula de
biocombustibles, en teoría, puede funcionar sin límites porque consume
sustancias que provienen de los fluidos fisiológicos y son
constantemente repuestos", indicó Cosnier.

La idea de células que
reciben energía de la glucosa y del oxígeno presentes en fluidos
fisiológicos fue planteada por primera vez en la década de los años
setenta, pero se quedó en el camino porque la cantidad de energía que
los prototipos iniciales produjeron era demasiado poca para usos
prácticos.

Sin embargo, en 2002, los avances en la biotecnología
impulsados por Itamar Willner, un investigador en la Universidad Hebrea
en Jerusalén, le dio un nuevo vistazo a la teoría.

En una
investigación publicada en la prestigiosa revista, Science, Willner
señaló que gracias a los avances en la biotecnología, llegaría el día en
que dispositivos como miembros y órganos artificiales serían impulsado
por células de combustible biológico que crean electricidad a partir de
fluidos corporales.

"Desde entonces, las células biocombustibles
han tenido una gran atención", dijo la doctora Eileen Yu, investigadora
en la Universidad de Newcastle, que forma parte del proyecto para
desarrollar dichos dispositivos.

Nanotecnología

La
clave de los recientes avances ha sido en parte a que hemos
profundizado nuestro conocimiento sobre moléculas biológicas conocidas
como enzimas.

Las enzimas son moléculas de origen natural que impulsan reacciones químicas.

Los
investigadores que estudian la células de combustible biológico
descubrieron que una enzima en particular conocida como glucosa oxidasa
es extremadamente buena para remover electrones de la glucosa. "Es muy
eficiente para generar electrones", señaló Willner.

Impulsados
por nuevos desarrollos en lo que respecta a la manipulación de enzimas y
al crecimiento en la disponibilidad de nanotubos de carbono (que son
conductores altamente eficientes), muchos grupos de investigadores en el
mundo han desarrollado células de combustible biológico capaces de
producir electricidad.

En 2010, el doctor Cosnier y su equipo
probaron una célula de biocombustible en una rata por 40 días y
reportaron que funcionó a la perfección.

Se produjo una corriente eléctrica estable sin efectos secundarios en el comportamiento del animal.

Su
sistema es sorprendentemente sencillo. Los electrodos se hacen
comprimiendo una pasta de nanotubos de carbón mezclados con glucosa de
oxidasa para un electrodo, y glucosa y polifenol oxidasa para el otro.

Los electrodos cuentan con un alambre de platino que se encarga de portar el circuito.

Los
electrodos se envuelven en un material especial para prevenir que
cualquier nanotubo o enzima se escape a otras partes del cuerpo.

Finalmente,
todo el paquete se envuelve en una malla que protege a los electrodos
del sistema inmunológico del cuerpo, mientras permite el flujo libre de
glucosa y oxígeno hacia los electrodos. Todo el paquete se implanta en
la rata.

"Es un paso importante para demostrar que los aspectos
básicos de la investigación se pueden traducir en un dispositivo
práctico", indicó Willner. "Demuestra la viabilidad de hacer paquetes
que se pueden implantar".

Optmismo

El
implante en la rata fue una prueba positiva del concepto, indicó
Cosnier. "Las ratas son tan pequeñas que la producción de energía es
insuficiente para impulsar un dispositivo convencional".

El científico planea implantar la célula en una vaca.

"Hay más espacio. Por eso, una célula más grande puede ser implantada, lo cual significaría mayor generación de energía".

Todavía hay un largo camino por recorrer.

"Basado en el actual ritmo de progreso, confío en que en la próxima década habrá desarrollos emocionantes", dijo Willner.

De acuerdo con Cosnier, hay mucho que mejorar aún.

"Hoy
en día, estamos generando suficiente energía para alimentar un esfínter
urinario o un marcapasos. Estamos trabajando en un sistema que pueda
producir 50 veces la cantidad de energía. De esa manera seremos capaces
de suministrar dispositivos más exigentes", indicó el experto.