Nanorobots: pequeños movimientos hacia un cambio importante
por Abigaíl Saltmarsh
El campo de la nanorobótica en medicina es tan complejo y desafiante como podría esperarse, pero en todo el mundo los investigadores están logrando grandes avances con tecnologías pioneras. Para el tratamiento del cáncer, la esperanza es poder administrar dosis precisas de fármacos eficaces directamente a los tumores, minimizando así los efectos tóxicos en otras partes del cuerpo. En neurología, la expectativa es que algún día pequeñas “máquinas” puedan eliminar obstrucciones, disolver coágulos de sangre y administrar microdosis de medicamentos dentro del propio cerebro.
La estimulación cerebral profunda, donde los tratamientos se llevan a cabo a través de dispositivos externos que transmiten pulsos eléctricos al cerebro, puede ser reemplazada por estimulación robótica interna . Y existe la esperanza de que enviar biosensores nanoelectrónicos al cuerpo pueda ayudar al diagnóstico de enfermedades y otros problemas de salud.
Según el Dr. Daniel Ahmed, profesor de Robótica Acústica para Ciencias de la Vida y Atención Médica en el Laboratorio de Sistemas de Robótica Acústica (ARSL) de la ETH Zürich , las tecnologías se están desarrollando a buen ritmo. Podrían cambiar la cara del tratamiento del cáncer y la intervención quirúrgica neurológica. Él dijo:
La idea es que los profesionales médicos puedan realizar procedimientos completos que no sean invasivos.
Por ejemplo, esperamos poder tratar tumores cerebrales agresivos, como el glioblastoma, que pueden ser difíciles de alcanzar, sin afectar al resto del cuerpo, y realizar procedimientos dentro del cuerpo utilizando microrobots que podrían prevenir accidentes cerebrovasculares.
La visión es poder navegarlos dentro del cerebro para todo tipo de aplicaciones, incluida la apertura de la barrera hematoencefálica (BHE)”.
Los robots pueden ser dispositivos sintéticos o completamente orgánicos. Pueden crearse combinando materiales inorgánicos con componentes biológicos, como células, proteínas o ADN.
Añadió:
La BHE es una característica inmunológica esencial del sistema nervioso central. Para proteger el cerebro, bloquea los microorganismos que de otro modo podrían ingresar a través del torrente sanguíneo. Añadió:
“La esperanza es poder abrir la BBB de forma muy controlada. Si podemos hacer esto, entonces podremos comenzar a administrar medicamentos directamente al cerebro”.
Pequeños viajeros
Según el profesor Ahmed, los términos «micro» y «nano» se han vuelto intercambiables. Ambos son utilizados hoy por científicos, investigadores y otros expertos en medicina inteligente para describir robots lo suficientemente pequeños como para viajar dentro del cuerpo humano. Los propios robots pueden ser dispositivos sintéticos o completamente orgánicos. Asimismo, pueden crearse combinando materiales inorgánicos con componentes biológicos, como células, proteínas o ADN.
Muchos están siendo diseñados para trabajar juntos en “enjambres” para lograr su misión. Algunos se están desarrollando para insertarse en las venas humanas, mientras que otros podrían ingerirse. Todos deberán poder autodegradarse de forma segura después de realizar las tareas previstas.
La biocompatibilidad con el cuerpo humano es esencial, pero la forma del robot también depende de su propósito y de cómo los investigadores abordan los desafíos de la manipulación y la propulsión. El profesor Ahmed explicó:
«Lo que realmente es el robot varía de un proyecto de investigación a otro, así como el tipo de píldora u otro tratamiento que realmente se desea aplicar».
Soluciones de propulsión
En el Laboratorio de Sistemas de Robótica Acústica, el profesor Ahmed y su equipo han trabajado en seis tipos diferentes de micro y nanorobots. Estos incluyen una burbuja de aire encerrada dentro de una capa de polímero y un químico de imágenes y otro, inspirado en las larvas de estrellas de mar, que utiliza pelos diminutos para crear un vórtice de propulsión.
“El mayor desafío es cómo impulsar los robots a través del torrente sanguíneo hasta el objetivo previsto a esta escala, porque no hay inercia y el entorno es muy viscoso. Y no pueden completar su función si simplemente fluyen con la sangre.
Actualmente se están realizando muchos trabajos en los que la gente utiliza un campo magnético para arrastrar un microrobot, pero en nuestro caso utilizamos el campo acústico. Decidimos hacer esto porque es una tecnología madura. Funciona en tiempo real y ya se utiliza para obtener imágenes en casi todos los hospitales del mundo, lo que lo hace rentable”.
«Los robots que utilizamos para esto son básicamente autoensamblados usando un agente de contraste ultrasónico, mientras que si aplicas un campo magnético, tu robot tiene que ser magnético».
Investigadores del Polytechnique Montréal , la Université de Montréal y la Universidad McGill han desarrollado agentes nanorobóticos, compuestos por más de 100 millones de bacterias flageladas, para navegar por el torrente sanguíneo. La síntesis de una cadena de nanopartículas magnéticas les permite moverse en la dirección de un campo magnético, mientras que un sensor que mide la concentración de oxígeno les permite alcanzar y permanecer en las regiones activas del tumor. El profesor Ahmed sugirió:
“Muchos microrobots se inspiran en la naturaleza. Un buen ejemplo es cómo las bacterias son impulsadas por un movimiento de sacacorchos o el movimiento de un espermatozoide flexible. Y nos dimos cuenta de que muchos de ellos explotan la pared del vaso sanguíneo.
Van a la pared, donde la fuerza de arrastre es mínima y, como resultado, pueden moverse río arriba y navegar dentro de la red vascular”.
Opciones inteligentes.
El profesor Ahmed y su equipo también están estudiando cómo los robots podrían eventualmente autoentrenarse y navegar por sí mismos utilizando inteligencia artificial .
“Es muy emocionante, pero habrá muchos desafíos a medida que nos alejemos de los ratones con los que planeamos trabajar pronto y nos acerquemos a modelos de mamíferos superiores.
La regulación se vuelve mucho más estricta y luego, cuando pasas a los humanos, surge la pregunta de si la gente aceptará la tecnología, pero creo que lo harán.
Por supuesto, tendremos que estudiar controles y tomar medidas de seguridad pero, aunque creo que será una tecnología disruptiva, también creo que es una tecnología muy segura”.
A medida que avanzan las diferentes tecnologías de nano y micro robots, es probable que surjan cuestiones de ética. Pero mientras que los robots se desintegrarán en el torrente sanguíneo después de actuar, la expectativa de quienes trabajan en este campo es que tanto los pacientes como los profesionales estarán ansiosos por la introducción de cualquiera de las tecnologías que han demostrado funcionar.
El profesor Ahmed cree firmemente que no pasará mucho tiempo antes de que los micro y nanorobots ayuden a salvar vidas. Él dijo:
“Deberíamos poder desarrollar la tecnología en cinco a siete años. Y dentro de 20 años, realmente espero que esté disponible en hospitales de todo el mundo. Para entonces, debería haber alcanzado una madurez en la que el paciente tome la decisión de optar por una opción nanorobótica o por una alternativa más tradicional. Pero si se considera que esa alternativa podría implicar un corte en el cráneo o los graves efectos secundarios de los medicamentos para tratar el cáncer, entonces creo que los pacientes elegirán esta. Y, con suerte, a medida que avance nuestra investigación, también podremos ver si podemos utilizar tecnologías similares en la prevención de enfermedades como el Alzheimer y la epilepsia”.
