José Luis Arias y la Bioinspiración: "El concepto lo acuñamos nosotros en 1992"

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Pionero en la biomimética, José Luis Arias, médico veterinario de la Universidad de Chile, lideró el primer centro relacionado a esta ciencia en el país, el CIMAT, desde donde patentó una innovación que permite usar cáscaras de huevo para mejorar las propiedades de materiales plásticos. Hoy continúa sus investigaciones en materiales bioinspirados y está punto de publicar un artículo con nuevos e interesantes hallazgos.

La temática anual de este 2016 para Explora, el programa educativo de la Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica (CONICYT), es la Biomimética. Una ciencia que se inspira en la naturaleza para idear soluciones a problemas o mejoras en la calidad de vida de los seres humanos. El profesor titular de la Facultad de Ciencias Veterinarias y Pecuarias de la U. De Chile (FAVET), es experto y pionero en el área que no tiene más de 20 años y autor del concepto de “bioinspiración”.

José Luis Arias es un referente mundial en la campo de la biomineralización y el área de los materiales bioinspirados. Fue investigador principal del Centro para la Investigación Interdisciplinaria Avanzada en Ciencias de los Materiales (CIMAT) –que funcionó por más de una década- y socio fundador de la Sociedad de Biología Celular de Chile. Tiene su firma en una patente en EE.UU. y Chile para producir plástico (polímero) con cáscaras de huevos de gallinas.

Miembro de la Academia de Ciencias de Chile e investigador de numerosos proyectos FONDECYT, FONDEF y FONDAP; conversó largamente con Explora en su oficina del Campus Antumapu de la Casa de Bello, entre cientos de libros, archivadores y disquetes, dispuestos de piso a techo.

Profesor ¿Cómo definiría usted la Biomimética?

Biomimética significa inspirarse en seres vivos, y no solo en animales, también en plantas. Esta es un área que no tiene más de 20 años y el concepto de bioinspiración es aún más reciente.

Ud. y su equipo fueron adelantados en Chile en el área ¿Cómo ha evolucionado el concepto?

Fuimos los primeros, sí. Y más aún, en un momento de la historia, nosotros cambiamos el nombre de Biomimética: lo discutimos. De hecho, ya ha ido desapareciendo del mundo. Está en Wikipedia, pero está prescribiendo. Este término nace a mediados de los ‘80, pero era un vocablo confuso porque no se trata de imitar; imitar significa hacer lo mismo y la verdad es que nadie tiene interés en imitar a un ser vivo, lo más correcto es Bioinspiración.

Este último concepto lo acuñamos nosotros en el año 1992 en un artículo de la revista científica Science. Después lo tomaron todos los congresos de ciencias de materiales en el mundo, y se abren secciones incluso, como el de materiales Bioinspirados. Esa es la palabra más exacta porque uno se inspira en los mecanismos que hay detrás de un proceso, de un organismo para hacer otra cosa, algo industrial.

¿Cómo se define usar a la naturaleza de musa en el quehacer científico?

Bueno, el hombre en la ingeniería hace las cosas de arriba para abajo (top down). Cuando Miguel Ángel fabrica el David, toma un bloque de mármol, le empieza a sacar pedazos y termina con la estatua. Si la biología tuviera que hacer un David, no partiría por un trozo de piedra, lo haría con un átomo de mármol e iría juntando uno tras otro, y de abajo para arriba (bottom up). Totalmente al revés. Ese sólo concepto nos tiene ocupados desde hace más de dos décadas, junto con mucha más gente en el mundo.

Esto de construir de abajo hacia arriba. ¿Podría compararse con las impresoras en tres dimensiones?

Sí, se puede hacer la extrapolación con las imprentas 3D, antes eran máquinas enormes conocidas como prototipado. Ahora los aparatos son más interesantes, permiten que tú hagas incluso los orificios que van dentro o algo hueco con un computador, partícula a partícula, de abajo hacia arriba. Esto es una aplicación de la bioinspiración.

No se trata de competir con la naturaleza. ¡No vamos a combatir con la gallina para hacer una cáscara de huevo porque la hace mejor ella! Lo que interesa es saber cómo se hace, aprender ese mecanismo que es de abajo hacia arriba para hacer crecer lo que sea.

¿Qué novedades destacaría Ud. en esta área de la ciencia?

Es interesante lo que se está estudiando con la tela de araña, mecánicamente es un material extraordinariamente resistente. Unas 3.500 veces más que una malla de acero. O sea, si uno pudiera hacerse un chaleco antibalas con tela de araña sería fantástico: liviano y muy duro, no pasaría un proyectil. Ahora el problema es cómo hacer tela de araña sin ellas. Para estudiar todas estas cosas se ha tenido que utilizar arácnidos, a los que se les estimula constantemente con un rodillito, van haciendo tela y sacando pequeños ovillos. Ahora la pregunta es ¿cómo podríamos tener tela de araña industrialmente? Bueno, hoy día existe una respuesta desde la misma biología. Yo ya conozco los genes que producen en este artrópodo esa proteína de la tela, entonces si le inyecto estos genes a un embrión de mamífero como una vaca -existe ya, están publicados datos- en el primer momento de la fertilización a este cigoto, nacerá una vaca que va a producir leche y tela de araña. Entonces cosechando leche vas a poder separar tela de araña en grandes cantidades. Es otro ejemplo de bioinspiración y del camino de buscar cómo hacerlo.

Otra muestra es la que nosotros tenemos en Chile, el picoroco más grande del mundo, el austromegabalanus. Es el mismo que comemos, que bien al fondo del mar pueden medir medio metro. Se pegan tanto a la roca que los mariscadores deben sacarlos a golpes con fierros. Al saber esto uno piensa “acá hay un cemento que pega bajo el agua y que tiene una enorme capacidad de adherencia”. Los picorocos salen con pedazos de roca, tan fuerte es que se rompe la piedra antes que la unión. Entonces sería fantástico para la odontología, para pegar dientes, por ejemplo. Porque cuando compras cualquier adhesivo, lo primero que lees es “limpie muy bien la superficie y séquela”. Y el picoroco ni limpia ni seca.

CIMAT y materiales Bioinspirados

La patente “Uso de cáscara de huevo como refuerzo de polipropileno” (USA Patent Nº 7.459.492 USPTO) nació cuando el académico estudió los procesos de cómo los seres vivos son capaces de generar materiales, específicamente tejidos duros, como huesos y dientes; en conchas de moluscos; caparazones de crustáceos; cáscaras de huevo, etc.

¿Cómo recuerda el origen de la investigación, al amparo del CIMAT, que le valió una importante patente internacional?

En EE.UU. había un grupo de ingenieros dedicados a la cerámica, empeñados en diseñar nuevas porcelanas, en función de cierto requerimiento de la industria aeronáutica. Hacer porcelanas por el hombre significa tomar polvos como tierras o terracotas, mezclarlas con agua, ponerlas en un molde y hacer que cristalicen mediante el fuego. Y bueno, curiosamente los seres vivos cuando hacen estos tejidos duros, que también son cerámicas, no necesitan calor. Más aún, lo pueden hacer bajo el agua, en condiciones medioambientales muy mundanas y normales.

La observación fue la primera indicación de decir “podemos aprender, estudiando los mecanismos mediante los cuales los seres vivos producen cerámica de ese tipo e inspirarnos de alguna manera en ellos, de modo de aplicar alguna de esas cosas en algún proceso de otro tipo, para generar cerámicas a la manera que la biología lo hace, no a la manera que la ingeniería lo hace”. Un ejemplo de cómo una investigación básica puede culminar en una innovación tecnológica.

¿Hoy continúan avanzando en este desarrollo?

Somos parte de la comunidad mundial, hay simposios en distintos países del mundo, en los cuales participamos y este año iremos a uno en España, en Girona. Siempre estamos metidos con la colectividad internacional, dedicados a esto. Nos hemos dedicado a los procesos de biomimetización, desde cuando éramos CIMAT, hoy los grupos de investigadores siguen trabajando de forma independiente pero comunicados.

¿Está realizando nuevos experimentos?

Claro, uno de ellos en la industria del queso, que toma la leche y entre las cosas que le ponen es renina, una enzima que hoy se puede hacer sintéticamente como bacteria. La cual se desecha una vez utilizada, aunque siguen activas, pero no las vas a recoger, cuesta mucho. Entonces la pregunta es ¿qué pasa si uno inmoviliza esa enzima? No la tiras, sino que la metes en un bastidor, la dejas actuar y la retiras, para reutilizarla. Puedes usarla hasta diez veces. Para hacer este bastidor usamos membrana de cáscara de huevo y le pegamos renina. Estamos a punto de publicar ese trabajo.

Al mismo tiempo experimentamos con otra enzima que destruye la lactosa. La gente que es intolerante a la lactosa, en vez de comprar una leche especial más cara, podría adquirir leche normal y ponerle una especie de bolsita de té pero de esta enzima. La deja un rato ahí en la leche y le destruye la lactosa. Estamos inmovilizando esa enzima, de nuevo en membrana de cáscaras de huevo. A eso nos referimos con inspiración.