25.05.2020 - Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

El micro robot rueda en lo profundo del cuerpo

El Microroller podría revolucionar el tratamiento mínimamente invasivo de enfermedades

Un equipo de científicos del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes (MPI-IS) en Stuttgart inventó un diminuto microrobot que se asemeja a un glóbulo blanco que viaja a través del sistema circulatorio. Tiene la forma, el tamaño y la capacidad de movimiento de los leucocitos y tal vez podría estar en camino - en un movimiento de rodadura, por supuesto - para revolucionar el tratamiento mínimamente invasivo de las enfermedades.

Simulando un vaso sanguíneo en un laboratorio, el equipo logró dirigir magnéticamente el micrómetro a través de este entorno dinámico y denso. El vehículo de entrega de drogas en forma de bola resistió el flujo sanguíneo simulado, empujando los avances en la entrega de drogas dirigidas un paso más allá: dentro del cuerpo, no hay mejor ruta de acceso a todos los tejidos y órganos que el sistema circulatorio. Abarca cada célula, ofreciendo una ruta ideal para la navegación. El proyecto de investigación fue publicado en Science Robotics.

El equipo se inspiró en los glóbulos blancos, la fuerza de trabajo del sistema inmunológico, ya que son las únicas células móviles en el flujo sanguíneo. En su patrulla a los lugares donde los patógenos han invadido, ruedan a lo largo de las paredes de los vasos sanguíneos, penetrando fuera del vaso sanguíneo cuando llegan a un punto problemático. La clave de su movilidad se debe principalmente a la sustancialmente menor velocidad de flujo en las paredes de los vasos.

Aprovechando el mismo fenómeno, los científicos desarrollaron un microrobot que pueden impulsar activamente hacia adelante y navegar dentro de los vasos sanguíneos en condiciones fisiológicas de flujo sanguíneo de alta velocidad gracias a sus propiedades magnéticas. "Nuestra visión era crear el vehículo de la próxima generación para la administración de medicamentos específicos mínimamente invasivos que pueda llegar a los tejidos más profundos del cuerpo con rutas de acceso aún más difíciles de lo que era posible anteriormente", dice Metin Sitti, Director del Departamento de Inteligencia Física del MPI-IS y último autor de la publicación. Las terapias convencionales sufren de una distribución de drogas no específica en el cuerpo, explica más detalladamente, causando potencialmente efectos secundarios severos en los órganos y tejidos no objetivo.

Cada micrómetro tiene un diámetro de poco menos de 8 micrómetros y está hecho de micropartículas de vidrio. Un lado está cubierto con una fina película de níquel y oro, el otro con moléculas de drogas anticancerígenas y biomoléculas específicas que pueden reconocer las células cancerígenas. "Usando campos magnéticos, nuestros microrobots pueden navegar río arriba a través de un vaso sanguíneo simulado, lo cual es un reto debido al fuerte flujo sanguíneo y al denso ambiente celular. Ninguno de los microrobots actuales puede soportar este flujo. Además, nuestros robots pueden reconocer de forma autónoma células de interés como las células cancerígenas. Lo hacen gracias a una capa de anticuerpos específicos de la célula en su superficie. Pueden entonces liberar las moléculas de la droga mientras están en movimiento", explica Yunus Alapan. Es investigador postdoctoral en el Departamento de Inteligencia Física y el co-autor principal de la publicación.

En el entorno del laboratorio, el microrrepulsor puede alcanzar una velocidad de hasta 600 micrómetros por segundo - alrededor de 76 longitudes de cuerpo por segundo, lo que representa el microrrepulsor magnético más rápido en esta escala de tamaño. Sin embargo, hay que afrontar varios retos antes de que puedan realizar este movimiento en un escenario de la vida real. De hecho, están lejos de ser probados en el cuerpo humano. En el laboratorio, el equipo fue capaz de visualizar los robots usando microscopios y de dirigirlos usando bobinas electromagnéticas. "Sin embargo, la resolución de las modalidades de imagen actuales en una clínica no son lo suficientemente altas para visualizar microrobots individuales dentro del cuerpo humano. Además, las cargas terapéuticas transportadas por un solo microrobot no serían suficientes, dada la diferencia de tamaño entre un microrobot (alrededor de 10 micrómetros) y los tejidos objetivo (miles de micrómetros). Por lo tanto, sería necesario manipular de manera controlada un gran número de microrobots en un enjambre para generar un efecto suficiente. Pero todavía estamos lejos de eso", dice Ugur Bozuyuk, que es estudiante de doctorado en el mismo departamento y codirector del estudio. Esto fue sólo el comienzo.

La motivación del proyecto de investigación se remonta a la famosa charla del premio Nobel Richard Feynman "Hay mucho espacio en el fondo". En su charla, el físico prevé dispositivos mecánicos a escala de micrones que pueden moverse a través de los vasos sanguíneos y realizar las cirugías desde el interior del cuerpo humano, acuñando el término "tragarse al cirujano".

En los últimos dos decenios, el campo de la investigación se ha acelerado gracias a muchos saltos en las técnicas de fabricación, los materiales utilizados, el accionamiento y la obtención de imágenes de las micromáquinas. Sin embargo, los microrobots actuales dentro del cuerpo humano se han limitado en su mayoría a los tejidos superficiales (por ejemplo, dentro del ojo), a lugares con vías de acceso relativamente más fáciles (por ejemplo, el tracto gastrointestinal) y a entornos fluídicos estancados o de baja velocidad. Para llegar a lugares más profundos dentro del cuerpo, tal vez no haya manera de rodear el sistema circulatorio, a pesar de que las condiciones son muy duras. Los científicos esperan que la estrategia bioinspirada que han desarrollado ayude a crear un nuevo lugar para la navegación controlada de los microrobots en el sistema circulatorio en condiciones de flujo sanguíneo de alta velocidad. Esto podría allanar el camino para la entrega terapéutica dirigida y localizada de los microrobots.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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