Representación gráfica de microrobots esférico. Créditos: Caltech.

Cuando nos duele la cabeza, nos la tocamos con las manos. Cuando nos pica la piel, nos rascamos. Cuando nos golpeamos el codo, o la rodilla, reaccionamos casi de inmediato llevando nuestras manos hasta ellos.

Quizás de ahí provenga la práctica más común para atender las condiciones que aquejan nuestro cuerpo: aplicar el tratamiento directamente en la región afectada. De modo que si nos raspamos la rodilla, limpiamos la herida y la cubrimos con una curita. Si sentimos los ojos muy secos, nos aplicamos lágrimas artificiales, y de manera similar si nos duele el oído.

Sin embargo, bien sabemos que no todas las enfermedades o heridas son tan fáciles de curar. Y es que aunque este método es efectivo, es muy difícil de aplicar cuando se trata del interior de nuestro cuerpo, y más aún si hablamos de un interior a nivel celular.

Es por ello que para afecciones más complejas como el cáncer, existen otras alternativas como la cirugía y o la quimioterapia. ¿Pero y si fuera posible aplicar el tratamiento directamente a la causa de la enfermedad?

Un equipo de investigadores  de la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Caltech ha apostado por esta alternativa, y se encuentran desarrollando una forma de tratamiento completamente nueva, que incluye nada más y nada menos que robots.

Siendo específicos, microrobots, los cuales podrían desplazarse dentro del cuerpo humano para administrar los medicamentos directamente a los lugares específicos que los requieran mientras son controlados y monitoreados por especialistas fuera de este. Lihong Wang, profesor de Ingeniería Médica e Ingeniería Eléctrica Bren de Caltech y coautor de la investigación, ha comentado que estos incluso podrían aplicar una microcirugía a los pacientes:

“El concepto de microrobot es realmente genial porque puede obtener micromachinery justo donde lo necesita. Podría ser la administración de medicamentos, o una microcirugía prediseñada”.

Microrobots esféricos de magnesio, oro y parileno

Los microrobots de este nuevo estudio consisten en esferas microscópicas destinadas ag tratar tumores en el tracto digestivo. Están elaboradas en metal de magnesio y recubiertas con capas delgadas de oro y parileno, un polímero que resiste la digestión, las cuales dejan descubierta una parte circular de la esfera.

Precisamente esta porción descubierta del magnesio reacciona con los líquidos en el tracto digestivo, generando una corriente de burbujas que impulsa a la esfera hacia adelante y la hace chocar con el tejido más cercano.

Los microrobots están protegidos del ambiente hostil del estómago por medio de microcápsulas hechas de cera de parafina. Y para cumplir su función, están cubiertos por una capa de medicamento entre una microesfera individual y su capa de parileno.

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Hasta este punto, los microrobots son capaces de transportar el medicamento, sin embargo, no en el lugar específico. Por lo que los investigadores aplicaron la tomografía computarizada fotoacústica (PACT), una técnica que utiliza pulsos de luz láser infrarroja.

Wei Gao, profesor asistente de ingeniería médica y coautor el estudio, explica que pueden permanecer en el tracto digestivo durante mucho tiempo, pero son biocompatibles y biodegradables:

“Estos micromotores pueden penetrar en la mucosidad del tracto digestivo y permanecer allí durante mucho tiempo. Esto mejora la administración de medicamentos. Pero porque están hechos de magnesio, son biocompatibles y biodegradables”.

¿Cómo liberan la medicina estos microrobots?

Wang ya había demostrado en el pasado que las variaciones de PACT se pueden usar en la identificación de tumores de mama o incluso células cancerosas individuales. Ahora que la aplica a microrobots, permitirá encontrar tumores en el tracto digestivo y también hacer un seguimiento de la ubicación de los dispositivos.

Entonces, cuando los microrobots se acercan al tumor, se aplica un rayo láser de infrarrojo cercano de onda continua de alta potencia para activarlos. Estos se calientan brevemente debido a la absorción de luz, y funden la cápsula de cerca que los rodea y quedan expuestos a los líquidos digestivos.

Es en este momento en que se forman los chorros de burbujas que los impulsarán. Sin embargo, no hablamos de una técnica muy exacta. En realidad estos no son orientables: no todos alcanzarán el área objetivo, pero muchos de ellos lo harán, adhiriéndose a la superficie del tejido y liberando su carga de medicamentos.

La luz láser infrarroja se difunde a través de los tejidos y es absorbida por las moléculas de hemoglobina que transportan oxígeno en los glóbulos rojos, lo que hace que las moléculas vibren ultrasónicamente. Estas vibraciones ultrasónicas son captadas por sensores presionados contra la piel. Los datos de esos sensores se utilizan para crear imágenes de las estructuras internas del cuerpo.

Hasta ahora, se ha comprobado que estos pueden llegar al área afectada en el interior del cuerpo. Pero la investigación se enfocará en evaluar el efecto terapéutico y desarrollar otros microrobots que puedan operar en otras partes del cuerpo por medio de otros sistemas de propulsión diferentes a los chorros de burbujas.

Referencias:

A microrobotic system guided by photoacoustic computed tomography for targeted navigation in intestines in vivo. http://dx.doi.org/10.1126/scirobotics.aax0613

Microrobots Activated by Laser Pulses Show Promise For Treating Tumors. https://www.caltech.edu/about/news/microrobots-activated-laser-pulses-show-promise-treating-tumors

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