Cómo funcionan los microrobots que podrían revolucionar el tratamiento de los tumores
Jueves 12 de
Diciembre 2024
Estos dispositivos pueden ser guiados para administrar medicamentos terapéuticos con precisión dentro del cuerpo, según los expertos. Qué esperan a futuro y cuáles fueron los resultados de las pruebas en ratones
Un equipo de investigadores ha desarrollado microrobots capaces de administrar medicamentos terapéuticos con precisión dentro del cuerpo y de cumplir con una lista de requisitos complejos.
Estos dispositivos, denominados microrobots acústicos bioreabsorbibles (BAM, por sus siglas en inglés), pueden sobrevivir en fluidos corporales como los ácidos estomacales, ser dirigidos a sitios específicos, liberar medicamentos solo al alcanzar su objetivo y ser absorbidos sin causar daño, de acuerdo a los autores, que integran entre otras instituciones el Instituto Tecnológico de California (Caltech). Así lo demostraron pruebas en ratones con tumores de vejiga, entre otras etapas del desarrollo.
El trabajo que detalla este avance, titulado “Microrobots de hidrogel acústico bioreabsorbible guiados por imágenes”, se publicó en la revista Science Robotics. Wei Gao, profesor de ingeniería médica en Caltech y coautor del estudio, afirmó: “Hemos diseñado una única plataforma que puede abordar todos estos problemas”.
El concepto de micro o nanorobots no es nuevo y ha sido desarrollado durante las últimas dos décadas, pero sus aplicaciones en sistemas vivos han sido limitadas debido a las dificultades para mover objetos con precisión en biofluidos complejos como sangre, orina o saliva, siempre según estos expertos. Además, deben ser biocompatibles y biorreabsorbibles para evitar residuos tóxicos en el cuerpo. “En lugar de introducir un medicamento en el cuerpo y dejar que se difunda por todas partes, ahora podemos guiar nuestros microrobots directamente al sitio del tumor y liberar el medicamento de forma controlada y eficiente”, afirmó Gao.
Los microrobots son microestructuras esféricas fabricadas con un hidrogel llamado diacrilato de polietilenglicol. Este material, biocompatible y capaz de retener grandes cantidades de líquido, se endurece mediante una red de polímeros reticulados. El método de fabricación aditiva permite, de acuerdo al trabajo, que la esfera exterior transporte la carga terapéutica a un lugar específico dentro del cuerpo.
Para crear estas microestructuras, Gao colaboró con Julia R. Greer, profesora de Ciencias de los Materiales y directora del Instituto de Nanociencia Kavli en Caltech. La experta utilizó litografía de polimerización de dos fotones (TPP), una técnica que emplea pulsos de luz láser infrarroja para fabricar estructuras tridimensionales con precisión y complejidad. “Esta forma particular, esta esfera, es muy complicada de escribir. No solo pudimos sintetizar la resina con todas las propiedades necesarias, sino también imprimirlas con la cavidad requerida”, destacó.
En su estructura final, los microrobots incorporan nanopartículas magnéticas y un fármaco terapéutico, este nanomaterial permite dirigirlos hacia un sitio específico usando un campo magnético externo, donde liberan pasivamente el medicamento. Gao explicó que diseñaron la superficie exterior de las microestructuras para que fuera hidrófila, lo que evita que se aglomeren dentro del cuerpo. Sin embargo, el interior es hidrofóbico para atrapar una burbuja de aire, esencial para su propulsión y monitoreo.
Para lograr esta configuración híbrida, los investigadores emplearon un proceso químico en dos pasos. Primero, modificaron el hidrogel con moléculas de carbono de cadena larga. Luego, usaron grabado con plasma de oxígeno para eliminar parcialmente estas cadenas del exterior, dejando la superficie externa hidrófila. Gao resaltó: “Esta modificación asimétrica realmente nos permite utilizar muchos robots y mantener burbujas durante varios días en biofluidos como orina o suero”. Las burbujas atrapadas también son cruciales para mover los robots y para realizar un seguimiento de ellos mediante imágenes en tiempo real, según contaron.
La propulsión de los microrobots se logra diseñando las esferas con dos aberturas cilíndricas, una en la parte superior y otra lateral. Al ser expuestos a un campo de ultrasonido, las burbujas vibran, impulsándolos a través de biofluidos con mayor velocidad y eficiencia que diseños anteriores. “Esta fue una de las innovaciones clave de este proyecto”, destacó Gao, quien también es becario Ronald y JoAnne Willens.
El equipo desarrolló un método para rastrear a los microrobots mientras se desplazan hacia sus objetivos mediante la colaboración con expertos en ultrasonido como Mikhail Shapiro, profesor en Caltech; Di Wu, director del Centro DeepMIC en Caltech; y Qifa Zhou, profesor en la USC. Las burbujas atrapadas dentro de cada microestructura también funcionan como agentes de contraste para imágenes de ultrasonido, lo que permite monitorear los robots en tiempo real durante sus movimientos.
El último paso del desarrollo incluyó pruebas en ratones con tumores de vejiga. Los investigadores administraron el medicamento con microrobots en cuatro ocasiones durante 21 días, y lograron una reducción significativa del tamaño de los tumores en comparación con administraciones no robóticas. “Creemos que se trata de una plataforma muy prometedora para la administración de fármacos y la cirugía de precisión”, afirmó Gao.
Estos dispositivos, denominados microrobots acústicos bioreabsorbibles (BAM, por sus siglas en inglés), pueden sobrevivir en fluidos corporales como los ácidos estomacales, ser dirigidos a sitios específicos, liberar medicamentos solo al alcanzar su objetivo y ser absorbidos sin causar daño, de acuerdo a los autores, que integran entre otras instituciones el Instituto Tecnológico de California (Caltech). Así lo demostraron pruebas en ratones con tumores de vejiga, entre otras etapas del desarrollo.
El trabajo que detalla este avance, titulado “Microrobots de hidrogel acústico bioreabsorbible guiados por imágenes”, se publicó en la revista Science Robotics. Wei Gao, profesor de ingeniería médica en Caltech y coautor del estudio, afirmó: “Hemos diseñado una única plataforma que puede abordar todos estos problemas”.
El concepto de micro o nanorobots no es nuevo y ha sido desarrollado durante las últimas dos décadas, pero sus aplicaciones en sistemas vivos han sido limitadas debido a las dificultades para mover objetos con precisión en biofluidos complejos como sangre, orina o saliva, siempre según estos expertos. Además, deben ser biocompatibles y biorreabsorbibles para evitar residuos tóxicos en el cuerpo. “En lugar de introducir un medicamento en el cuerpo y dejar que se difunda por todas partes, ahora podemos guiar nuestros microrobots directamente al sitio del tumor y liberar el medicamento de forma controlada y eficiente”, afirmó Gao.
Los microrobots son microestructuras esféricas fabricadas con un hidrogel llamado diacrilato de polietilenglicol. Este material, biocompatible y capaz de retener grandes cantidades de líquido, se endurece mediante una red de polímeros reticulados. El método de fabricación aditiva permite, de acuerdo al trabajo, que la esfera exterior transporte la carga terapéutica a un lugar específico dentro del cuerpo.
Para crear estas microestructuras, Gao colaboró con Julia R. Greer, profesora de Ciencias de los Materiales y directora del Instituto de Nanociencia Kavli en Caltech. La experta utilizó litografía de polimerización de dos fotones (TPP), una técnica que emplea pulsos de luz láser infrarroja para fabricar estructuras tridimensionales con precisión y complejidad. “Esta forma particular, esta esfera, es muy complicada de escribir. No solo pudimos sintetizar la resina con todas las propiedades necesarias, sino también imprimirlas con la cavidad requerida”, destacó.
En su estructura final, los microrobots incorporan nanopartículas magnéticas y un fármaco terapéutico, este nanomaterial permite dirigirlos hacia un sitio específico usando un campo magnético externo, donde liberan pasivamente el medicamento. Gao explicó que diseñaron la superficie exterior de las microestructuras para que fuera hidrófila, lo que evita que se aglomeren dentro del cuerpo. Sin embargo, el interior es hidrofóbico para atrapar una burbuja de aire, esencial para su propulsión y monitoreo.
Para lograr esta configuración híbrida, los investigadores emplearon un proceso químico en dos pasos. Primero, modificaron el hidrogel con moléculas de carbono de cadena larga. Luego, usaron grabado con plasma de oxígeno para eliminar parcialmente estas cadenas del exterior, dejando la superficie externa hidrófila. Gao resaltó: “Esta modificación asimétrica realmente nos permite utilizar muchos robots y mantener burbujas durante varios días en biofluidos como orina o suero”. Las burbujas atrapadas también son cruciales para mover los robots y para realizar un seguimiento de ellos mediante imágenes en tiempo real, según contaron.
La propulsión de los microrobots se logra diseñando las esferas con dos aberturas cilíndricas, una en la parte superior y otra lateral. Al ser expuestos a un campo de ultrasonido, las burbujas vibran, impulsándolos a través de biofluidos con mayor velocidad y eficiencia que diseños anteriores. “Esta fue una de las innovaciones clave de este proyecto”, destacó Gao, quien también es becario Ronald y JoAnne Willens.
El equipo desarrolló un método para rastrear a los microrobots mientras se desplazan hacia sus objetivos mediante la colaboración con expertos en ultrasonido como Mikhail Shapiro, profesor en Caltech; Di Wu, director del Centro DeepMIC en Caltech; y Qifa Zhou, profesor en la USC. Las burbujas atrapadas dentro de cada microestructura también funcionan como agentes de contraste para imágenes de ultrasonido, lo que permite monitorear los robots en tiempo real durante sus movimientos.
El último paso del desarrollo incluyó pruebas en ratones con tumores de vejiga. Los investigadores administraron el medicamento con microrobots en cuatro ocasiones durante 21 días, y lograron una reducción significativa del tamaño de los tumores en comparación con administraciones no robóticas. “Creemos que se trata de una plataforma muy prometedora para la administración de fármacos y la cirugía de precisión”, afirmó Gao.
Con información de
Infobae
