Controlando microorganismos autopropulsados: desde bacterias hasta espermatozoides humanos

I. BERDAKÍN; H.A. GUIDOBALDI; C.A. CONDAT; L. GIOJALAS; A.J. BANCHIO; A. SILHANEK; V.I. MARCONI

La Plata

Congreso; XI Congreso Regional de Física Estadística y Aplicaciones a la Materia Condensada, TREFEMAC 2013; 2013

El trabajado aplicado e interdisciplinario que les contaré en esta charla involucra tanto a físicos experimentales de materia condensada como a físicos numéricos y teóricos de mecánica estadística y materia condensada, hasta biólogos moleculares. El objetivo del mismo es comprender la completa relación existente entre poblaciones de microorganismos autopropulsados con distintas estrategias de nado, desde bacterias a espermatozoides, y la geometría microdiseñada que los confina. Nuestro fin es optimizar nuevos dispositivos de microfluidica, útiles en diversas áreas que van desde la biotecnología a la medicina. El problema es atacado desde diversos enfoques: (a) con un modelado fenomenológico que utiliza datos realistas de la movilidad de diversas especies y (b) con cálculos analíticos. (c) Con la teoría desarrollada contribuimos al diseño de nuevas muestras microdiseñadas aumentando la eficiencia con distintos fines. (d) Posteriormente se fabrican las microcámaras usando técnicas de litografía blanda. (d) Finalmente con mediciones en laboratorios de biología molecular y análisis de datos de trackeo y estadísticos, se comparan las predicciones con medidas de direccionamiento y de separación de micronadadores. Las mediciones ayudan a mejorar los modelos desarrollados en (a) y (b) y así sucesivamente seguimos nuestro proceso de aprendizaje. (e) Un enfoque teórico más riguroso usando dinámica de Stokes se desarrolla en paralelo, en modelos de nadadores artificiales minimales. Gracias a este proyecto conjunto hemos demostrado que además de ser posible obtener una distribución inhomogénea de organismos autopropulsados, tanto de bacterias como de espermatozoides humanos, es posible controlarlos, dirigirlos, e incluso separarlos por estrategia específica de nado. Esto fue logrado empleando microcámaras con sustratos diseñados asimétricamente. Aún más, hemos sido capaces de optimizar las geometrías de microconfinamiento y hemos demostrado que la eficiencia de posibles nuevos dispositivos es altamente dependiente de la dinámica específica de cada especie, es decir, de su movilidad, tanto como de cada una con las paredes que la confinan.