Un país con superpoderes: biomímesis
por Efraín Rincón
Volar, nadar más rápido, producir energía propia, escalar paredes y regenerar extremidades. Parecen superpoderes sacados de una historia de ciencia ficción. Pero no. Son solo características que hacen a la naturaleza lo que es: un universo lleno de posibilidades.
Posibilidades que los seres humanos han querido para sí mismos y que poco a poco han encontrado las maneras para tenerlas. Como volar. Leonardo Da Vinci empezó con el anhelo que se transmitió en la historia humana hasta que fue conseguido. Pero, ¿por qué volar? Sin ir muy lejos, la respuesta está en las aves. Los seres humanos quisimos volar porque alguien más lo hacía, porque era posible y ¿cómo lo hicimos? Imitando a los pájaros que alzan su vuelo.
Y así, a través de nuestra historia, nos hemos preguntado cómo hacer lo que la naturaleza puede hacer y las mismas respuestas las hemos encontrado en ella. De esto se trata la biomímesis. Esta disciplina le pregunta a la naturaleza y aprende de ella “con el fin de emular sus formas, procesos, estrategias y sistemas para crear productos, políticas y procesos que estén bien adaptados a la vida en la Tierra a largo plazo”, opina Catalina Bustillo, directora de la Fundación Biomímesis Caribe, una organización enfocada en la divulgación, capacitación y asesoría en esta disciplina.
En el mundo, la lista de ejemplos de biomímesis es amplia. Desde agujas inspiradas en la probóscide de los mosquitos, que son usadas en la medicina para inyecciones o extraer muestras de sangre. O sensores que transmiten y reconocen frecuencias similares a las que emiten los delfines, que permiten identificar terremotos submarinos y posibles tsunamis. Hasta algoritmos computacionales para optimizar procesos, inspirados en el comportamiento de colonias de hormigas.
Y ¿por qué recurrir a la naturaleza para resolver y superar nuestros problemas y retos? Hay un número mágico que nos dice por qué: 3.850. Son 3.850 millones de años de prueba y error, de supervivencia y de selección bajo estándares rigurosos, que han puesto a prueba la vida en este planeta. Aproximadamente, apenas la décima parte del 1% de las especies que han pisado la Tierra sobreviven hasta hoy.
Y más allá de emular lo que hacen organismos y ecosistemas enteros en la naturaleza, la biomímesis representa una forma de reconectarse a la vida. “Es nuestro deseo de encajar en la Tierra. Es una manera diferente de mirar la vida. ¿Cómo podemos aprender de ella y de nuestro rol como proveedores de servicios ecosistémicos, en vez de lo que podamos extraer de ella?”, sugiere Bustillo.
Imaginen este escenario. En zonas de temperaturas tan altas como los trópicos, vivir en medio de ese calor puede ser insoportable y muchas veces prender un ventilador deja de ser eficiente. ¿Qué hacer? Con un crecimiento anual del 15% en el país, el uso de aire acondicionado parece ser una alternativa para aclimatar los espacios donde vive la gente. Sin embargo, esto implica un gasto energético mayor al de un ventilador, utilizarlo cerca de ocho horas diarias genera un consumo de 144 kWh al mes.
“En las nuevas construcciones, muy poco se utilizan estrategias bioclimáticas para contrarrestar el calor. Pero si tú compras un apartamento hoy en día, debe tener aire acondicionado. Es como la única alternativa que hay. Lo único que nos queda para sobrevivir es consumir energía como locos”, cuenta Syndy Dovale, una diseñadora industrial de Barranquilla, que trabaja con biomímesis desde su pregrado. “Entonces llega a ser como un círculo vicioso de calentar el planeta con estos gases que liberamos en el ambiente y la única manera de sobrevivir es calentándolo más”, añade.
Para hacerle frente a esta situación, Dovale aplicó los principios de la biomímesis: la ética, la (re)conexión y la emulación, para proponer una alternativa a ese calor barranquillero. Esta diseñadora encontró su inspiración al observar situaciones cotidianas de las personas al refrescarse, como tomar agua, lavarse la cara o ponerse ropa más fresca. También lo vió en la naturaleza: la creación de microclimas más frescos en la parte baja de un árbol o un bosque —no hay nada más rico que acostarse en la sombrita. ¿Cierto?—. Con todo esto, Dovale diseñó Cooltiva, un sistema de enfriamiento del aire basado en estrategias de evapotranspiración y sombras, al mejor estilo de un bosque.
Prototipo de Cooltiva
Cooltiva es una pequeña torre hueca rodeada de plantas. Aunque suena simple, utiliza principios de la termodinámica como el intercambio de calor, también las corrientes de aire y la creación de microclimas, como sucede en los nidos de las hormigas o debajo de los árboles. La diferencia de densidad entre el aire frío y el caliente, hace que las corrientes más frescas entren por la parte baja de la torre direccionadas por unos canales. Este aire le transfiere energía en forma de calor al agua que pasa por los canales y se evapora. En medio de este proceso, las plantas alrededor le dan sombra y evita que la torre se caliente por la luz del sol. Al final el aire sale de la torre con una temperatura más baja, “En las pruebas arrojó una disminución la temperatura del aire unos 5 °C por debajo la temperatura ambiente”, complementa Dovale.
Este proyecto, que sigue en fase de desarrollo, llegó a la final del BIomimicry Global Design Challenge en el 2017. Para Dovale, este prototipo no solo representa un producto que resuelve un problema, le da la oportunidad al humano de reconectarse con la naturaleza a través de las plantas. “El tema de poder tener algo vivo es como una analogía de una relación simbiótica en la que te estoy cuidando para que vivas y crezcas dentro de esta casa, y tú también me estás cuidando, estás proveyéndome de aire fresco y puro”, opina Dovale.
Syndy Dovale al lado de parte del equipo y el prototipo de Cooltiva en el Ray of Hope del 2018
El camino de la ciencia está lleno de serendipias, coincidencias y situaciones fortuitas que llevan a encontrar recursos que funcionan. Una cura como la penicilina; un principio como el de Arquímides —¡Eureka!— o una fina tirita del intestino de un cerdo que ayuda a la regeneración de tejidos. Conocida como submucosa intestinal (porcina), esta membrana es una matriz extracelular. Piensen la matriz como una estructura, un andamio lleno de proteínas, azúcares y otras moléculas que le dan un soporte a las células para formar los tejidos.
Actualmente, la submucosa intestinal porcina es usada en procesos experimentales clínicos y modelos animales para la regeneración de órganos como la piel, la vejiga, la uretra o, en el sistema cardiovascular, para volver a armar venas y arterias. Componentes como el colágeno, la elastina, factores de crecimiento, entre otros, lo hacen un material compatible entre especies. Esta compatibilidad se logra gracias a un proceso de descelularización de esta membrana, —le quitan las células originales del cerdo para que solo quede una estructura, la matriz, que pueda hospedar nuevas células de otro un paciente—. “Tiene la ventaja de que si intentas colocárselo a otro ser vivo, no genera un rechazo porque no tiene células. Al venir de un animal como el cerdo, esta matriz puede adaptarse para crear o reconstruir tejidos en otros animales, incluyéndonos a nosotros”, explica Tatiana Valencia, magíster y doctora en Ingeniería Biomédica de la Universidad de los Andes.
Submocosa intestinal estirada. Shi & Ronfard (2013)*
En Colombia, más de 770.000 personas tienen riesgo de morir por fallas en el riñón. Por lo que procesos que reemplacen el trabajo renal son necesarios, —les presento a la hemodiálisis— “es un rollo porque hay que sacar la sangre de la arteria y hay que meterla en la vena, algo para lo que la vena no está preparada fisiológicamente y que además genera turbulencias en la sangre. Esto trae complicaciones en el procedimiento”, cuenta Valencia. Es este un reto, ya que se necesita una conexión entre una vena y una arteria —¿y entonces?—. Aquí viene el detalle: el flujo y la presión sanguínea de la arteria es muy diferente al de la vena, por lo que se necesita de una operación quirúrgica que le permita a la vena “arterializarse”, para crear un acceso vascular que reciba la sangre en la hemodiálisis. Actualmente se usan los vasos sanguíneos del paciente o materiales sintéticos para hacer estas conexiones, el problema es que por su disponibilidad o por sus propiedades, pueden existir riesgos de trombosis, infecciones o hiperplasia, o el aumento del tejido por el número de células, a largo plazo.
Tatiana Valencia es PhD en Ingeniería biomédica de la Universidad de los Andes. Foto: Archivo digital Universidad de los Andes.
Es en esta parte del cuento donde entra el pedacito de intestino de cerdo. Gracias a la investigación que se ha hecho sobre injertos en tejidos vasculares, venas y arterias, Valencia trabajó durante su doctorado en el diseño y elaboración de un injerto de submucosa intestinal porcina para crear un tubito. Sí, un tubito en forma de C flexible, biocompatible y —sonido de redoblante— con capacidad regenerativa, que conectara la arteria con la vena, sin muchos de los problemas que tienen otros injertos. “Las mismas células del paciente crecen y forman esta conexión”, dice Valencia, ya que las células del cuerpo se mueven a este andamio y empiezan a crecer sobre él, “lo que hacemos es colocarles una casita que les gusta habitar, por eso las células se van hacia allá tranquilas, porque encuentran todas las cosas para crecer y para organizarse”, agrega Valencia, también licenciada en física. Con el tiempo, las mismas células del cuerpo crean un nuevo vaso sanguíneo.
Este es el injerto de submucosa intestinal porcina que diseñó Tatiana Valencia
Este tipo de investigaciones, abre un nuevo campo a otras posibilidades, “en la medida en que entendamos cómo funcionan los procesos naturales de regeneración en el injerto y por qué la submucosa intestinal porcina resulta ser tan adecuada para el crecimiento celular, podemos aprender de la naturaleza para plantear dispositivos, tratamientos y soluciones, en el campo de la medicina e incluso en otros contextos; ahí es donde yo veo la importancia de la biomímesis en el desarrollo tecnológico mundial”, sostiene Valencia. La gracia es llevar estas aplicaciones para resolver otros problemas, “el objetivo después de esta investigación es lograr hacer vasos sanguíneos muy pequeños, especialmente para las arterias coronarias”, aclara Valencia. Estas arterias son importantes para darle sangre al corazón y sus fallas son causas de paros cardiacos.
Cooltiva e investigaciones en ingeniería de injertos, como las de Valencia, son solo un par de ejemplos de lo que ocurre en el país. Un país que tiene a su disponibilidad una diversidad de ecosistemas, organismos y gente que son como libros con mucha información, pero que hay que saber leer, apreciar y observar para encontrar las respuestas. Para Catalina Bustillo, “Colombia es un país reconocido por su biodiversidad y el potencial que tiene la biomimesis aquí es infinito”. Los recursos están, como dicen por ahí, “aquí no más”, de ahí la necesidad de quitar de nuestras nuestras miradas el velo de lo inmediato y a lo que estamos acostumbrados. “Necesitamos que el Gobierno incluya dentro del diseño de sus estrategias, procesos, sistemas y productos los estándares de la naturaleza”, concluye Bustillo.
*Shi, L., & Ronfard, V. (2013). Biochemical and biomechanical characterization of porcine small intestinal submucosa (SIS): a mini review. International Journal of Burns and Trauma, 3(4), 173–179. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3828736/
Efraín Rincón es biólogo y periodista científico. Ha escrito para diferentes medios sobre ciencia y medio ambiente. Es coproductor de Shots de Ciencia, una plataforma de divulgación científica.
