Para alcanzar diferentes tejidos y órganos en el cuerpo humano, no hay mejor ruta de acceso que el sistema circulatorio. Las células o los transportadores de fármacos pueden dirigirse de manera más confiable al tejido enfermo, como los tumores, si pueden moverse no solo con el torrente sanguíneo sino también contra él. Al construir su último microrobot, el equipo del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes se inspiró en los glóbulos blancos: los guardianes del sistema inmune y solo los glóbulos capaces de moverse activamente contra el flujo sanguíneo. Cuando se dirigen a sitios donde los patógenos han invadido, los leucocitos ruedan a lo largo de las paredes internas de los vasos sanguíneos.
Metin Sitti, Director del Departamento de Inteligencia Física del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes, junto con investigadores de su departamento, aprovecharon esta característica. Han desarrollado un microtransportador magnético, que cargaron con un tratamiento tumoral y luego lo condujeron a través de un vaso sanguíneo artificial utilizando una pequeña bobina magnética. "Nuestra visión es crear la próxima generación de vehículos para la entrega de medicamentos mínimamente invasivos y dirigidos que puedan viajar aún más adentro del cuerpo y llegar a áreas aún más inaccesibles", dice Metin Sitti.
Los primeros microrobots que se mueven contra el flujo sanguíneo
Cada microroller tiene un diámetro de menos de ocho micrómetros y tiene un núcleo de vidrio. Los investigadores cubrieron un lado de la pequeña esfera con una fina capa de níquel y oro, haciendo que la pequeña bola sea magnética. Cubrieron el otro hemisferio con un medicamento contra el cáncer, junto con anticuerpos para dirigir el microroller hacia las células tumorales.
En una prueba en un vaso sanguíneo artificial, el vehículo esférico de drogas se movió activamente a lo largo de la pared del vaso contra el flujo de fluidos como la sangre del ratón. "Hasta ahora, ningún microrobot ha sido capaz de soportar flujos como este", dice Yunus Alapan, investigador postdoctoral en el Departamento de Sistemas Inteligentes y coautor de la publicación. “¡Pero lo hemos logrado! Y no solo eso, nuestros robots pueden reconocer independientemente las células de interés, por ejemplo, las células cancerosas ".
Sin embargo, hay otros desafíos que superar antes de que transportadores como estos puedan lanzarse en condiciones de la vida real. De hecho, todavía están lejos de estar listos para ser probados en el cuerpo humano. Aunque los investigadores han logrado observar los robots bajo un microscopio, "sin embargo, en las clínicas, la resolución de las técnicas de imagen actuales no es lo suficientemente alta como para obtener imágenes de microrobots individuales en el cuerpo humano", dice Ugur Bozuyuk, estudiante de doctorado en el Max Planck Instituto de Sistemas Inteligentes y coautor del estudio. Además, la carga de droga transportada por un único microrobot no sería suficiente, dada la diferencia de tamaño entre un microrobot que mide menos de diez micrómetros y el tejido de los órganos de miles de micrómetros de tamaño. "Sería necesario manipular una gran cantidad de microrobots en un enjambre para lograr un efecto suficiente", dice Ugur Bozuyuk. "Pero todavía no estamos cerca de eso".
La motivación para el proyecto de investigación se remonta a una conferencia dada por el premio Nobel de física Richard Feynman en 1959 titulada "Hay mucho espacio en la parte inferior". En su charla, imaginó máquinas microscópicas que podrían moverse a través de los vasos sanguíneos y realizar operaciones desde el interior del cuerpo humano, acuñando el término "tragar al cirujano".
NUEVO ENFOQUE PARA NAVEGAR A TRAVÉS DEL SISTEMA CIRCULATORIO
En las últimas dos décadas, la investigación en micro máquinas ha progresado enormemente gracias a los avances significativos en las técnicas de fabricación, los materiales utilizados, las técnicas de control e imagen. Sin embargo, los microrobots actuales todavía están limitados a entornos como los que se encuentran en los ojos, o tejidos que son relativamente fáciles de acceder, como el tracto gastrointestinal. También solo son capaces de moverse a través de fluidos de baja velocidad. Con sus nuevos microrobots bio-inspirados, los investigadores de Max Planck en Stuttgart esperan crear un nuevo enfoque para la navegación controlada a través del sistema circulatorio. Esto podría algún día allanar el camino para la entrega dirigida de drogas al tejido enfermo mediante microrobots.