Como un cohete lunar en miniatura: unos investigadores desarrollan un nanorrobot modular

Los nanorobots parecen sacados de la ciencia ficción: máquinas minúsculas para la medicina, el medio ambiente o la industria. De hecho, la nanorobótica se ha convertido en un campo de investigación en rápido crecimiento. Se considera un enfoque prometedor, por ejemplo, para administrar sustancias activas en lugares específicos del cuerpo. A diferencia de sus homólogos a mayor escala, no están fabricados con componentes electrónicos, chips informáticos ni software, sino con biomoléculas y nanopartículas.

Un equipo de investigadores dirigido por la profesora Cornelia Palivan, de la Universidad de Basilea, presenta ahora un sofisticado nanorobot modular con mayor flexibilidad funcional que muchos de los sistemas existentes. «Los nanorobots anteriores suelen estar diseñados únicamente para una tarea específica», explica Cornelia Palivan. «Nuestro sistema modular, en cambio, puede adaptarse a diferentes aplicaciones». Esta tecnología podría utilizarse no solo en medicina, sino también en la industria y en la tecnología medioambiental.

Módulo de propulsión y cápsula de carga útil

El nanorobot, que el equipo describe en la revista *Advanced Functional Materials*, se asemeja a un cohete lunar con múltiples módulos. Un módulo de propulsión magnética mueve el nanorobot, mientras que un segundo módulo actúa como cápsula de carga útil, transportando de forma segura agentes terapéuticos o enzimas hasta su ubicación de destino.

En trabajos anteriores, el equipo de Palivan desarrolló vesículas poliméricas a nanoescala que protegen las enzimas encapsuladas. Las moléculas pueden entrar en la vesícula a través de poros, ser procesadas por las enzimas y, a continuación, sus productos se liberan al entorno. La cápsula de carga útil del nanorobot contiene cuatro de estas vesículas poliméricas cargadas de enzimas, lo que proporciona la funcionalidad deseada. Dependiendo del diseño, las vesículas del interior de la cápsula de carga útil también pueden abrirse de forma selectiva, por ejemplo, para liberar compuestos bioactivos.

Un sistema de «velcro» molecular basado en el ADN

Los dos módulos están conectados mediante un «cierre de velcro» basado en el ADN: las cadenas de ADN complementarias presentes en ambos módulos garantizan que el módulo de propulsión y la cápsula de carga útil se autoensamblen de forma programable y permanezcan acoplados de manera estable.

Para que el nanorobot pueda acoplarse a células o materiales específicos, la cápsula de carga útil también está equipada con biomoléculas adicionales que facilitan el acoplamiento. En el laboratorio, el equipo lo probó utilizando una línea celular cancerosa humana conocida como células HeLa. Cargaron los nanorobots con moléculas fluorescentes y observaron al microscopio que se acumulaban en la superficie de las células.

Ataque selectivo contra las células cancerosas y otras aplicaciones

Equipados con las enzimas necesarias, los nanorobots produjeron con éxito un fármaco contra el cáncer que redujo la viabilidad de las células HeLa al 16 % en un plazo de 72 horas. «El fármaco puede tener un efecto local concentrado si utilizamos nuestro nanorobot para dirigirlo específicamente hacia las células cancerosas», explica la Dra. Voichita Mihali, primera autora del estudio.

Para otras aplicaciones fuera del ámbito médico, como por ejemplo la catálisis, otra característica podría resultar especialmente valiosa: dado que el módulo de propulsión es magnético, los nanorobots pueden recuperarse y reutilizarse una vez completada su tarea. Los investigadores también lograron separar los dos módulos, rellenar las cápsulas de carga útil y volver a combinarlas con los módulos de propulsión. 

El nanorobot modular representa un paso importante hacia una herramienta multifuncional para una amplia gama de aplicaciones. Aunque su uso en seres humanos sigue siendo un objetivo a largo plazo, el sistema puede adaptarse fácilmente a otros ámbitos simplemente modificando la cápsula de carga útil.

El trabajo se llevó a cabo en el marco del Centro Nacional de Competencia en Investigación —Ingeniería de Sistemas Moleculares— y del Instituto Suizo de Nanociencia. El equipo de la Universidad de Basilea colaboró con investigadores de la Universidad de Heidelberg.