Experimentan con microrobots para combatir neumonía y cáncer

La microrobótica es un campo de estudio experimental que, como su nombre lo indica, busca la miniaturización de sistemas robóticos. En el campo de la medicina en particular, se busca aprovechar el tamaño de estos dispositivos, que pueden ser de nanómetros, para entrar en el cuerpo humano y ejecutar funciones de diagnóstico, terapéuticas o incluso quirúrgicas. Para ello se ha pensado en el diseño de microrobots programados para efectuar maniobras en venas u órganos. Estos se administrarán al interior del cuerpo mediante una inyección, ejecutando maniobras en respuesta a ciertos estímulos y desempeñando funciones que los robots ordinarios no podrían hacer.

Estas máquinas tienen el potencial de limpiar el colesterol de las arterias, realizar biopsias, tratar tumores cancerosos o vigilar la química sanguínea en busca de anomalías. Entre los casos más recientes, han podido transportar y entregar medicamentos en lugares y tiempos específicos (conocida como medicina dirigida), a la vez que protegen su carga para que no se diluya con los fluidos corporales. Un enfoque ha sido empaquetar fármacos de molécula pequeña, normalmente por debajo de 1 nm de tamaño, en cartuchos de hasta 100 nm, alterando sus propiedades físicas y químicas.

Recientemente, un equipo de investigadores estadounidense y otro alemán han demostrado las capacidades que puede tener este tipo de tecnología, con resultados sorprendentes.

¿Cómo pueden tratar enfermedades respiratorias?

Un grupo de “nanoingenieros” de la Universidad de California en San Diego, EE. UU., han desarrollado microrobots que pueden nadar en los pulmones, administrar medicamentos y usarse para eliminar casos de neumonía bacteriana.

Estos dispositivos eliminaron de manera segura las bacterias que causan neumonía en pulmones de ratones y dieron como resultado una supervivencia del 100 %. Por el contrario, todos los ratones no tratados murieron dentro de los tres días posteriores a la infección.

Los microbots están hechos con células de algas, cuyas superficies están salpicadas de nanopartículas llenas de antibióticos. Las algas proporcionan movimiento, lo que permite que los aparatos naden y entreguen los antibióticos directamente a un mayor número de bacterias en los pulmones.

Las nanopartículas con antibiótico están hechas de diminutas esferas de polímero biodegradable, recubiertas con las membranas celulares de neutrófilos, que son un tipo de glóbulo blanco.

Lo especial de estas membranas celulares es que absorben y neutralizan las moléculas inflamatorias producidas por las bacterias y el sistema inmunológico del cuerpo. Esto le da a los microrobots la capacidad de reducir la inflamación dañina, lo que a su vez los hace más efectivos para combatir la infección pulmonar.

¿Es más efectivo que los tratamientos convencionales?

El tratamiento con microrobots fue más eficaz que una inyección intravenosa de antibióticos en el torrente sanguíneo. Este último requiere una dosis de antibióticos 3,000 veces mayor que la utilizada en los microrobots para lograr el mismo efecto. A modo de comparación, una dosis de microrobots proporcionó 500 nanogramos de antibióticos por ratón, mientras que una inyección intravenosa proporcionó 1,644 miligramos de antibióticos por ratón.

Este enfoque del equipo es efectivo porque coloca el medicamento justo donde debe ir, en lugar de difundirlo por el resto del cuerpo.

Los resultados muestran cómo la administración dirigida de fármacos, combinada con el movimiento activo de las microalgas, mejora la eficacia terapéutica.

¿Y para combatir el cáncer?

Un equipo de científicos del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, en Alemania, equipó una bacteria E. coli con componentes artificiales para construir microrobots.

Primero, añadió varios nanoliposomas (pequeños contenedores esféricos parecidos a la grasa) en cada bacteria. Dentro del núcleo acuoso, los liposomas encapsulaban moléculas de fármacos quimioterapéuticos solubles en agua. Estos portadores tenían en su interior un material que se derrite cuando se ilumina con luz infrarroja.

El segundo componente que los investigadores adhirieron a la bacteria, fueron nanopartículas magnéticas. Cuando estas se exponen a un campo magnético, las partículas, hechas de óxido de hierro, sirven como refuerzo superior para este microorganismo móvil. De esta manera, es más fácil controlar la “natación” de bacterias:

Mientras tanto, la “cuerda” que une los liposomas y las partículas magnéticas a la bacteria está hecha de proteínas muy estables y difíciles de romper.         

Así, consiguieron equipar 86 bacterias con liposomas y partículas magnéticas.         

¿Cómo funciona este dispositivo?    

Estos microrobots se inyectan en el cuerpo del paciente con cáncer. Con un imán se dirigen con precisión las partículas hacia el tumor. Una vez que suficientes microrobots rodean el tumor, se apunta con un láser al tejido para la liberación del fármaco. De manera simultánea no solo se reactiva el sistema inmunitario contra el tumor, sino que los medicamentos adicionales también ayudan a destruirlo.

Estas son tan solo las últimas noticias en esta especialidad, que avanza a pasos agigantados. Se espera que en la siguiente década signifiquen una auténtica revolución en la medicina.

El estudio “Microrobots modificados con nanopartículas para la administración de antibióticos in vivo para tratar la neumonía bacteriana aguda”, fue publicado por la revista Nature Materials, el 22 de septiembre de 2022.

«Microrobots bacterianos orientables magnéticamente que se mueven en matrices biológicas 3D para la entrega de carga sensible a estímulos» se publicó en Science Advances el 15 de julio de 2022.

Con información de is.mpg.de y today.ucsd.edu

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Ilustración: Iván Rojas

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