Investigadores del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes (MPI-IS) en Stuttgart han desarrollado un nanorobot del tamaño de un glóbulo blanco que tiene la misma capacidad de movimiento que los leucocitos.
Los glóbulos blancos o leucocitos son células incoloras de la sangre de los animales vertebrados que se encargan de defender al organismo de las infecciones.
La labor del nanorobot es similar a la de los leucocitos: llevar medicamentos específicos a los lugares del cuerpo donde más se necesitan, a través del torrente sanguíneo.
Su eficacia quedó demostrada a través de un vaso sanguíneo simulado en laboratorio: los investigadores lo dirigieron mediante imanes a través del torrente sanguíneo, un entorno dinámico y denso.
Durante el experimento, el pequeño robot, al que llamaron microroller, soportó con éxito el flujo sanguíneo simulado, la mejor ruta de acceso a todos los tejidos y órganos.
Los resultados de esta investigación se publican en la revista Science Robotics.
Imitando glóbulos
El equipo científico se inspiró en los glóbulos blancos, la fuerza de trabajo del sistema inmune, porque son las únicas células móviles en el torrente sanguíneo.
En su patrulla a lugares donde los patógenos han invadido, los leucocitos ruedan a lo largo de las paredes de los vasos sanguíneos.
Cuando notan una alteración, se salen del vaso sanguíneo (diapédesis) y acceden a los tejidos del interior del cuerpo (por ejemplo, una herida) para sanarlo.
Tratamiento orientado
El nanorobot hace exactamente los mismo: puede navegar dentro de los vasos sanguíneos de la misma forma que lo hacen los glóbulos blancos, gracias a sus propiedades magnéticas.
También puede acceder a los tejidos del organismo para depositar medicamentos especializados en el tratamiento de esa parte del organismo.
De esta forma, aumenta exponencialmente la eficacia del medicamento, ya que abre nuevas vías de acceso para tejidos profundos del organismo.
Esta capacidad supera con creces las opciones de los medicamentos convencionales, que se distribuyen por todo el organismo y originan efectos secundarios en órganos y tejidos ajenos a la enfermedad.
Micropartículas de vidrio
Cada microroller tiene un diámetro de poco menos de 8 micrómetros y está hecho de micropartículas de vidrio.
Puede alcanzar una velocidad de hasta 600 micrómetros por segundo, alrededor de 76 longitudes de cuerpo por segundo, lo que lo convierte en el nanorobot magnético más rápido de sus características.
Uno de sus lados está cubierto con una película delgada de níquel y oro. El otro lado, con moléculas de medicamentos contra el cáncer y biomoléculas específicas que pueden reconocer las células cancerosas.
El nanorobot usa los campos magnéticos que influyen en las cargas eléctricas que se mueven con la sangre. De esta forma puede remontar la corriente sanguínea y reconocer anomalías como, por ejemplo, células cancerosas. Entonces libera moléculas del fármaco.
Esta sensibilidad a las anomalías la alcanza gracias a un recubrimiento específico que tienen las células de la superficie del nanorobot.
Medio plazo
Aunque el nanorobot promete revolucionar el tratamiento mínimamente invasivo de las enfermedades, todavía falta tiempo para sus eventuales aplicaciones clínicas.
En primer lugar, porque un cuerpo humano real es algo muy diferente a un sistema circulatorio replicado en el laboratorio.
En segundo lugar, porque el robot solo puede llevar una cantidad limitada de medicamento.
Para superar esta última limitación, la idea es que, en el futuro, estos nanorobots se utilicen en modo enjambre (varios a la vez) para que su eficacia sea completa e instantánea.
Los glóbulos blancos o leucocitos son células incoloras de la sangre de los animales vertebrados que se encargan de defender al organismo de las infecciones.
La labor del nanorobot es similar a la de los leucocitos: llevar medicamentos específicos a los lugares del cuerpo donde más se necesitan, a través del torrente sanguíneo.
Su eficacia quedó demostrada a través de un vaso sanguíneo simulado en laboratorio: los investigadores lo dirigieron mediante imanes a través del torrente sanguíneo, un entorno dinámico y denso.
Durante el experimento, el pequeño robot, al que llamaron microroller, soportó con éxito el flujo sanguíneo simulado, la mejor ruta de acceso a todos los tejidos y órganos.
Los resultados de esta investigación se publican en la revista Science Robotics.
Imitando glóbulos
El equipo científico se inspiró en los glóbulos blancos, la fuerza de trabajo del sistema inmune, porque son las únicas células móviles en el torrente sanguíneo.
En su patrulla a lugares donde los patógenos han invadido, los leucocitos ruedan a lo largo de las paredes de los vasos sanguíneos.
Cuando notan una alteración, se salen del vaso sanguíneo (diapédesis) y acceden a los tejidos del interior del cuerpo (por ejemplo, una herida) para sanarlo.
Tratamiento orientado
El nanorobot hace exactamente los mismo: puede navegar dentro de los vasos sanguíneos de la misma forma que lo hacen los glóbulos blancos, gracias a sus propiedades magnéticas.
También puede acceder a los tejidos del organismo para depositar medicamentos especializados en el tratamiento de esa parte del organismo.
De esta forma, aumenta exponencialmente la eficacia del medicamento, ya que abre nuevas vías de acceso para tejidos profundos del organismo.
Esta capacidad supera con creces las opciones de los medicamentos convencionales, que se distribuyen por todo el organismo y originan efectos secundarios en órganos y tejidos ajenos a la enfermedad.
Micropartículas de vidrio
Cada microroller tiene un diámetro de poco menos de 8 micrómetros y está hecho de micropartículas de vidrio.
Puede alcanzar una velocidad de hasta 600 micrómetros por segundo, alrededor de 76 longitudes de cuerpo por segundo, lo que lo convierte en el nanorobot magnético más rápido de sus características.
Uno de sus lados está cubierto con una película delgada de níquel y oro. El otro lado, con moléculas de medicamentos contra el cáncer y biomoléculas específicas que pueden reconocer las células cancerosas.
El nanorobot usa los campos magnéticos que influyen en las cargas eléctricas que se mueven con la sangre. De esta forma puede remontar la corriente sanguínea y reconocer anomalías como, por ejemplo, células cancerosas. Entonces libera moléculas del fármaco.
Esta sensibilidad a las anomalías la alcanza gracias a un recubrimiento específico que tienen las células de la superficie del nanorobot.
Medio plazo
Aunque el nanorobot promete revolucionar el tratamiento mínimamente invasivo de las enfermedades, todavía falta tiempo para sus eventuales aplicaciones clínicas.
En primer lugar, porque un cuerpo humano real es algo muy diferente a un sistema circulatorio replicado en el laboratorio.
En segundo lugar, porque el robot solo puede llevar una cantidad limitada de medicamento.
Para superar esta última limitación, la idea es que, en el futuro, estos nanorobots se utilicen en modo enjambre (varios a la vez) para que su eficacia sea completa e instantánea.
Obstáculo técnico
Hay no terminan los retos: en laboratorio ha sido posible obtener imágenes microscópicas de los nanorobots mientras están en el torrente sanguíneo simulado, para orientarlos en la dirección pretendida.
Sin embargo, la resolución de las imágenes clínicas actuales no permite todavía observar el nanorobot si estuviera en un torrente sanguíneo humano.
Por lo tanto, la posibilidad de dirigir manualmente no solo a un robot, sino a un enjambre situado en el sistema circulatorio de una persona, es todavía remota.
Avance significativo
A pesar de estas limitaciones, el desarrollo tecnológico alcanzado es significativo.
Hasta ahora, los nanorobots que se han desarrollado para el cuerpo humano no han conseguido penetrar lo suficiente en el organismo para conseguir tratamientos eficaces.
El sistema circulatorio se presenta como la mejor vía de acceso para tratamientos profundos.
Es en este contexto donde el desarrollo de este microroller, capaz de moverse en el sistema circulatorio en condiciones de flujo sanguíneo de alta velocidad, alcanza su mayor relevancia.
Hay no terminan los retos: en laboratorio ha sido posible obtener imágenes microscópicas de los nanorobots mientras están en el torrente sanguíneo simulado, para orientarlos en la dirección pretendida.
Sin embargo, la resolución de las imágenes clínicas actuales no permite todavía observar el nanorobot si estuviera en un torrente sanguíneo humano.
Por lo tanto, la posibilidad de dirigir manualmente no solo a un robot, sino a un enjambre situado en el sistema circulatorio de una persona, es todavía remota.
Avance significativo
A pesar de estas limitaciones, el desarrollo tecnológico alcanzado es significativo.
Hasta ahora, los nanorobots que se han desarrollado para el cuerpo humano no han conseguido penetrar lo suficiente en el organismo para conseguir tratamientos eficaces.
El sistema circulatorio se presenta como la mejor vía de acceso para tratamientos profundos.
Es en este contexto donde el desarrollo de este microroller, capaz de moverse en el sistema circulatorio en condiciones de flujo sanguíneo de alta velocidad, alcanza su mayor relevancia.
Referencia
Multifunctional surface microrollers for targeted cargo delivery in physiological blood flow. Yunus Alapan et al. Science Robotics, 20 May 2020: Vol. 5, Issue 42, eaba5726. DOI:10.1126/scirobotics.aba5726
Multifunctional surface microrollers for targeted cargo delivery in physiological blood flow. Yunus Alapan et al. Science Robotics, 20 May 2020: Vol. 5, Issue 42, eaba5726. DOI:10.1126/scirobotics.aba5726