Pequeños robots guiados por ultrasonido permiten administrar medicamentos directamente al tumor

En lugar de los robots humanoides tradicionales de metal, tendrían forma de esferas diminutas con forma de burbuja. Estos robots tendrían que cumplir varios requisitos estrictos, entre ellos sobrevivir en fluidos corporales como el ácido del estómago, ser controlables para dirigirlos con precisión al área objetivo, liberar su contenido medicinal solo al llegar al objetivo y ser absorbibles sin causar daño. Ahora, los investigadores han desarrollado microrobots acústicos biorreabsorbibles (BAM, por sus siglas en inglés) que cumplen con todos estos criterios y han demostrado que administran terapias para reducir el tamaño de los tumores de vejiga en ratones.

Los micro y nanorobots han estado en desarrollo durante dos décadas, pero su aplicación práctica en sistemas vivos ha sido limitada. El desafío radica en la dificultad de mover objetos con precisión en fluidos biológicos complejos como la sangre, la orina o la saliva. Además, estos robots deben ser biocompatibles y bioabsorbibles, es decir, no deben dejar materiales tóxicos en el cuerpo.

Los nuevos microrobots, desarrollados por investigadores del Instituto Tecnológico de California (Pasadena, CA, EUA), son microestructuras esféricas hechas de un hidrogel llamado poli(etilenglicol) diacrilato. Los hidrogeles son materiales que comienzan en forma líquida o de resina, pero se solidifican una vez que los polímeros en su interior se reticulan, lo que los hace ideales para retener fluidos y ser biocompatibles. El método de fabricación de estos microrobots permite que las esferas externas transporten medicamentos terapéuticos a lugares específicos del cuerpo.

Para crear estos microrobots, el equipo utilizó la litografía de polimerización de dos fotones (TPP), una técnica precisa que utiliza pulsos de láser infrarrojos para reticular polímeros fotosensibles en un patrón específico. Esto permite construir los microrobots con una precisión notable, capa por capa, de manera similar a un proceso de impresión 3D pero con un nivel de detalle mucho más fino. Los microrobots resultantes tienen alrededor de 30 micrones de diámetro, aproximadamente el tamaño de un cabello humano, y contienen nanopartículas magnéticas junto con el fármaco terapéutico dentro de su estructura esférica. Estas nanopartículas magnéticas permiten que los microrobots sean dirigidos por un campo magnético externo, lo que les permite llegar a la ubicación deseada. Al llegar, los robots permanecen en su lugar mientras el medicamento se libera de manera pasiva, según lo descrito en la revista Science Robotics.

El exterior del microrobot es hidrófilo (atrae el agua), lo que garantiza que los robots no se amontonen a medida que se mueven por el cuerpo. Sin embargo, el interior debe ser hidrófobo (repeler el agua) para atrapar una burbuja de aire, esencial para el movimiento. Para lograrlo, el equipo desarrolló una modificación química en dos pasos. Primero, unieron moléculas de carbono de cadena larga al hidrogel, haciendo que toda la estructura fuera hidrófoba. Luego, utilizaron un grabado con plasma de oxígeno para eliminar las cadenas de carbono del interior, dejándolo hidrófilo mientras se mantenía el exterior hidrófobo.

Esta modificación permitió que los robots atraparan burbujas durante períodos más prolongados, de varios días en lugar de solo unos minutos, como ocurriría normalmente. Las burbujas son cruciales tanto para el movimiento como para la obtención de imágenes en tiempo real. Los robots tienen dos aberturas cilíndricas, una en la parte superior y otra en el lateral. El equipo de investigación descubrió que el uso de dos aberturas le dio a los robots la capacidad de moverse no solo en varios biofluidos viscosos, sino también a velocidades mayores que las alcanzadas con una sola abertura.

El equipo desarrolló un método para rastrear los microrrobots mientras se desplazan hacia sus objetivos mediante imágenes de ultrasonido. Atrapada dentro de cada microestructura hay una burbuja con forma de huevo que sirve como un excelente agente de contraste para imágenes por ultrasonido, lo que permite el monitoreo en tiempo real de los robots in vivo. Cuando se exponen a un campo de ultrasonido, las burbujas vibran, generando un flujo de fluido que impulsa el movimiento de los robots.

El equipo probó los microrobots como una herramienta de administración de medicamentos en ratones con tumores de vejiga. Los resultados mostraron que la administración de terapias mediante microrobots fue más efectiva para reducir el tamaño de los tumores en comparación con los métodos tradicionales de administración de medicamentos. Durante 21 días, cuatro dosis de medicamentos terapéuticos administradas por los microrobots dieron como resultado una mayor reducción del tumor, lo que demuestra el potencial de esta tecnología para futuras aplicaciones terapéuticas.

"Creemos que se trata de una plataforma muy prometedora para la administración de fármacos y la cirugía de precisión", afirmó Wei Gao, profesor de ingeniería médica en Caltech. "En el futuro, podríamos evaluar el uso de este robot como plataforma para administrar distintos tipos de cargas terapéuticas o agentes para distintas enfermedades. Y, a largo plazo, esperamos probarlo en humanos".