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  • El movimiento colectivo de nanorobots observado in vivo

    Imágenes PET-CT obtenidas 0, 25 y 45 minutos después de que se administraron los nanorobots en presencia de urea. Crédito:Pedro Ramos, Cristina Simó / CIC biomaGUNE, IBEC, UAB

    Los nanobots son máquinas cuyos componentes están a nanoescala (una millonésima de milímetro), y pueden diseñarse de tal manera que tengan la capacidad de moverse de forma autónoma en los fluidos. Aunque todavía se encuentran en la fase de investigación y desarrollo, Se están logrando avances significativos hacia el uso de nanorobots en biomedicina. Sus aplicaciones son variadas, desde la identificación de células tumorales hasta la liberación de fármacos en ubicaciones específicas del cuerpo. Los nanorobots impulsados ​​por enzimas catalíticas se encuentran entre los sistemas más prometedores porque son completamente biocompatibles y pueden hacer uso de "combustibles" ya disponibles en el cuerpo para su propulsión. Sin embargo, Comprender el comportamiento colectivo de estos nanorobots es fundamental para avanzar hacia su uso en la práctica clínica.

    Ahora, en un nuevo estudio publicado en la revista Ciencia Robótica , investigadores liderados por el profesor de investigación ICREA Samuel Sánchez y su equipo "Smart Nano-Bio-Devices" en el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), junto al grupo Laboratorio de Radioquímica e Imagen Nuclear del CIC biomaGUNE liderado por Jordi Llop y la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), han logrado observar in vivo el comportamiento colectivo de un gran número de nanorobots autónomos dentro de la vejiga de ratones vivos utilizando marcaje con isótopos radiactivos.

    "El hecho de haber podido ver cómo los nanorobots se mueven juntos, como un enjambre, y de seguirlos dentro de un organismo vivo, es importante, ya que millones de ellos son necesarios para tratar patologías específicas como, por ejemplo, tumores cancerosos, "dice Samuel Sánchez, investigador principal del IBEC.

    "Hemos demostrado por primera vez que los nanorobots pueden monitorizarse in vivo a través de la tomografía por emisión de positrones (PET), un muy sensible, técnica no invasiva utilizada en el entorno biomédico, "dice Jordi Llop, investigador principal del Laboratorio de Radioquímica e Imágenes Nucleares del CIC biomaGUNE.

    Para hacer esto, los investigadores llevaron a cabo por primera vez experimentos in vitro, monitorización de los nanorobots mediante microscopía óptica y tomografía por emisión de positrones (PET). Ambas técnicas les permitieron observar cómo las nanopartículas se mezclaban con los fluidos y eran capaces de migrar, colectivamente, siguiendo caminos complejos. Luego, los nanorobots se administraron por vía intravenosa a ratones y, finalmente, introducido en las vejigas de estos animales. Dado que los nanorobots están recubiertos con una enzima llamada ureasa, que utiliza la urea de la orina como combustible, nadan colectivamente induciendo flujos de líquido dentro de la vejiga.

    Se puede ver el movimiento colectivo de los nanorobots entregados en presencia de urea. Primeramente, se generan dos fases, pero este efecto se acaba anulando, y se obtiene una distribución homogénea a través de la vejiga. Crédito:Pedro Ramos, Cristina Simó / CIC biomaGUNE, IBEC, UAB

    Movimientos colectivos similares a bandadas de pájaros o bancos de peces

    El equipo de científicos descubrió que la distribución de nanodispositivos en la vejiga de los ratones era homogénea, lo que indica que el movimiento colectivo fue coordinado y eficiente. "Los nanorobots muestran movimientos colectivos similares a los que se encuentran en la naturaleza, como pájaros volando en bandadas, o los patrones ordenados que siguen los bancos de peces, "explica Samuel Sánchez, Profesor de Investigación ICREA en IBEC. "Hemos visto que los nanorobots que tienen ureasa en la superficie se mueven mucho más rápido que los que no la tienen. Es, por lo tanto, una prueba de concepto de la teoría inicial de que los nanorobots podrán alcanzar mejor un tumor y penetrarlo, "dice Jordi Llop, investigador principal del CIC biomaGUNE.

    El profesor de investigación ICREA Samuel Sánchez (IBEC) explica cómo han observado in vivo el movimiento colectivo de los nanorobots. Crédito:IBEC - CIC biomaGUNE

    Este estudio demuestra la alta eficiencia de millones de dispositivos nanoscópicos para moverse de forma coordinada en entornos tanto in vitro como in vivo, hecho que constituye un avance fundamental en la carrera de los nanorobots por convertirse en protagonistas de terapias y tratamientos de alta precisión. Las futuras aplicaciones en medicina de estos dispositivos a nanoescala son prometedoras. También se ha demostrado "que el movimiento de estos dispositivos se puede monitorizar mediante técnicas de imagen que se pueden aplicar al entorno in vivo, en otras palabras, se pueden aplicar en animales de prueba y ofrecen el potencial de ser transferidos a los seres humanos, "dice Cristina Simó, uno de los primeros autores del estudio e investigador del grupo CIC biomaGUNE.

    Las nanopartículas esféricas tenían un diámetro medio de 507,8 ± 3,4 nanómetros y una distribución estocástica de las nanopartículas de oro en la superficie. Crédito:Hortelao et al., Sci. Robot. 6, eabd2823 (2021)

    "Esta es la primera vez que podemos visualizar directamente la difusión activa de nanorobots biocompatibles dentro de fluidos biológicos in vivo. La posibilidad de monitorear su actividad dentro del cuerpo y el hecho de que muestran una distribución más homogénea podría revolucionar la forma en que entendemos enfoques de diagnóstico y administración de fármacos basados ​​en nanopartículas, "dice Tania Patiño, coautor correspondiente del artículo.

    Video de nanomotores marcados con isótopos de flúor y yodo que muestran un perfil de biodistribución con una acumulación inicial en los pulmones y el hígado. Crédito:Hortelao et al., Sci. Robot. 6, eabd2823 (2021)

    Los enjambres de nanobots podrían ser especialmente útiles en medios viscosos, donde la difusión del fármaco a menudo se ve limitada por una vascularización deficiente, como en el tracto gastrointestinal, el ojo, o las articulaciones. "De hecho, ya que se pueden incorporar diferentes enzimas en los pequeños motores, Los nanorobots podrían adaptarse de acuerdo con la parte dentro del organismo, adaptar el dispositivo al combustible accesible en el entorno donde deben moverse, ", concluye el profesor Sánchez.


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