Los microrobots reparan la médula espinal
Los robots, de seis micrómetros de altura, se crean en un sistema lab-on-a-chip y pueden producirse en serie por millones
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Un equipo de investigación de la ETH de Zúrich y la Universidad de Zúrich (UZH) ha desarrollado un novedoso método para tratar lesiones medulares: microrrobots controlables administran células madre directamente al lugar de la lesión, donde favorecen la regeneración de las células nerviosas. En experimentos con animales, este método mejoró significativamente la movilidad.
El gráfico ilustra la producción de microrobots en el lab-on-a-chip (LoC). En el centro hay un depósito donde se capturan las células. A continuación se inyectan las nanopartículas. Al cabo de unos 30 minutos, los dos componentes se combinan para formar un microrobot.
ETH Zürich / ETH Zurich
Las lesiones medulares pueden tener consecuencias devastadoras para los afectados. Las células nerviosas de la médula espinal rara vez se regeneran de forma natural, mientras que las cicatrices suelen impedir el rebrote de las fibras nerviosas. Las terapias modernas intentan influir en las células madre implantadas mediante estimulación eléctrica para promover el crecimiento de nuevas células nerviosas. Este método tiene varios inconvenientes: requiere la implantación de electrodos y las células trasplantadas no siempre sobreviven o se integran adecuadamente en el tejido existente.
Combinación inteligente de células y nanopartículas
Investigadores de Zúrich están aplicando un nuevo enfoque, que han publicado en la revista Nature Materials. Se trata de combinar células madre terapéuticas con nanopartículas magnetoeléctricas de forma que las células puedan ser guiadas magnéticamente hasta el lugar preciso de una lesión y estimular las células madre para acelerar la reparación.
Para lograrlo, los investigadores crearon un microrobot biohíbrido que combina células progenitoras neurales (CPN) vivas con un componente técnico en forma de nanopartículas especialmente diseñadas. Las CPN proceden de células madre pluripotentes inducidas (células iPS), que son células corporales normales reprogramadas en el laboratorio para recuperar las propiedades de las células madre. Estas células iPS tienen el potencial de diferenciarse en varios tipos de células del sistema nervioso.
Las nanopartículas constan de dos capas: una interna que responde a los campos magnéticos y otra externa que convierte esta respuesta en señales eléctricas. Combinando estas nanopartículas especiales con las células progenitoras, los investigadores fabrican lo que se conoce como NPCbots.
Un laboratorio del tamaño de un chip
Los investigadores crean los NPCbots en laboratorios especializados sobre una superficie de un centímetro cuadrado. Este proceso puede ilustrarse gráficamente. "Colocamos un depósito en el centro donde atrapamos las células. Después inyectamos las nanopartículas y esperamos a que los dos componentes se unan", explica el profesor Salvador Pané i Vidal, del Laboratorio de Robótica Multiescala de la ETH de Zúrich.
Tras sólo treinta minutos, los NPCbots -cada uno de unos seis micrómetros de tamaño- están listos para su uso. "Para ampliar la fabricación, utilizamos varios sistemas lab-on-chip en paralelo", explica Hao Ye, científico principal y primer autor del estudio. Dependiendo del ensayo de que se trate, los investigadores de la ETH necesitan cientos de miles de microrobots para estudios celulares y varios millones para experimentos con animales.
El pez cebra herido vuelve a nadar
El equipo probó los NPCbots en larvas de pez cebra con lesiones en la médula espinal. Los microrrobots se inyectaron con precisión en el lugar de la lesión del pez y se generaron campos electromagnéticos. Para Pané Vidal, el trabajo en equipo fue vital para el éxito del experimento: "Stephan Neuhauss y Jingjing Zang, de la Universidad de Zúrich, hicieron un trabajo muy valioso. Nos permitieron demostrar, en un sistema modelo regenerativo bien caracterizado, lo rápido que se diferencian las células con nuestro método y cómo nuestros robots reparan la médula espinal". En sólo tres días, los peces cebra mostraban un comportamiento natatorio y exploratorio casi normal.
Los investigadores también probaron los NPCbots en ratones con la médula espinal completamente seccionada. También en este caso los resultados fueron muy prometedores: a los 28 días, las células nerviosas de los animales se habían reconectado en el lugar de la lesión. Durante este periodo, los ratones tratados mostraron patrones de movimiento cada vez más normales: su marcha, longitud de zancada, coordinación y comportamiento exploratorio mejoraron significativamente.
Este resultado es especialmente significativo porque, a diferencia del pez cebra, la médula espinal del ratón no se regenera normalmente. El tratamiento fue bien tolerado por los animales, que no presentaron efectos adversos ni reacciones inmunitarias.
Éxito gracias a la estimulación mínimamente invasiva
Estos éxitos fueron posibles gracias a la estimulación eléctrica de las células madre, que potenció enormemente su diferenciación tras el trasplante. En este proceso, las nanopartículas convierten directamente las señales magnéticas en impulsos eléctricos que estimulan células madre específicas. Al emplear los NPCbots, los investigadores sólo tienen que aplicar campos magnéticos externos alrededor del lugar de la lesión, lo que elimina la necesidad de implantar electrodos o cables en enfoques anteriores. Esto es crucial porque la médula espinal es extremadamente sensible. "La guía microrobótica hace que el tratamiento sea más preciso y mínimamente invasivo", explica Hao.
Los campos magnéticos son especialmente adecuados para estimular células madre porque penetran fácilmente en el tejido y su frecuencia e intensidad pueden ajustarse con flexibilidad a la aplicación específica. Una vez estimuladas las células progenitoras y diferenciadas en células nerviosas, los NPCbots se disuelven en el tejido. Los investigadores esperan que las nanopartículas sean estables y mínimamente reactivas gracias a su revestimiento de titanato de bario. Otros estudios determinarán si las partículas se degradan o excretan a largo plazo, y cómo.
La idea puede ampliarse según las necesidades
Los resultados de los experimentos con animales son muy prometedores, pero habrá que seguir investigando antes de poder probar los NPCbots en humanos. "Además de muchos aspectos clínicos, primero tenemos que probar qué campos magnéticos funcionan mejor en humanos y determinar la duración óptima de la estimulación", explica Hao. No obstante, los investigadores ya están estudiando otras aplicaciones: "La producción reproducible y escalable de microrobots mediante nuestro sistema lab-on-a-chip demuestra que el potencial de aplicación de la plataforma va más allá de la investigación básica", explica el profesor Pané i Vidal. También podría adaptarse a otras aplicaciones biomédicas, por ejemplo en cardiología, oncología, cicatrización de heridas y otras terapias regenerativas específicas. Esto podría hacer que estos tratamientos fueran más seguros, controlables y eficaces".
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.
Publicación original
Hao Ye, Jingjing Zang, Jiawei Zhu, Denis von Arx, Jian Zhao, Vitaly Pustovalov, Minmin Mao, Qiao Tang, Andrea Veciana, Harun Torlakcik, Elric Zhang, Semih Sevim, Roger Sanchis-Gual, Quan Gao, Xiang-Zhong Chen, Daniel Ahmed, Maria V. Sanchez-Vives, Josep Puigmartí-Luis, Cong Luo, Bradley J. Nelson, Stephan C. F. Neuhauss, Salvador Pané; "Magnetoelectric microrobots for spinal cord injury regeneration"; Nature Materials, 2026-6-2
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