Investigadores del Micro, Laboratorio de Sistemas Nano y Moleculares en el Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes en Stuttgart, junto con un equipo internacional de científicos, han desarrollado nanorobots en forma de hélice que, por primera vez, son capaces de perforar tejido denso como es frecuente en un ojo. Aplicaron un revestimiento antiadherente a las nano hélices, que tienen solo 500 nm de ancho, exactamente lo suficientemente pequeños para caber a través de la matriz molecular apretada de la sustancia gelatinosa en el vítreo. Los taladros son 200 veces más pequeños que el diámetro de un cabello humano, incluso más pequeño que el ancho de una bacteria. Su forma y su revestimiento resbaladizo permiten que las nano hélices se muevan relativamente sin obstáculos a través de un ojo. sin dañar el tejido biológico sensible que los rodea. Esta es la primera vez que los científicos pudieron dirigir nanorobots a través de tejido denso, como hasta ahora, solo se ha demostrado en sistemas modelo o fluidos biológicos. La visión de los investigadores es cargar algún día las nano hélices con medicamentos u otros agentes terapéuticos y dirigirlas a un área específica. donde puedan entregar el medicamento a donde se necesite.

La administración de fármacos dirigida dentro del tejido biológico denso es muy desafiante, especialmente en estas pequeñas escalas:en primer lugar, es la consistencia viscosa del interior del globo ocular, la apretada matriz molecular por la que tiene que pasar una nanohélice. Actúa como barrera y evita la penetración de estructuras más grandes. En segundo lugar, incluso si se cumplen los requisitos de tamaño, las propiedades químicas de la red biopolimérica en el ojo aún resultarían en que la nanohélice se atascara en esta malla de moléculas. Imagínese un pequeño sacacorchos atravesando una red de cinta adhesiva de doble cara. Y, en tercer lugar, está el desafío de una actuación precisa. Este último lo superan los científicos añadiendo un material magnético, como el hierro, al construir las nano hélices, lo que les permite dirigir los taladros con campos magnéticos al destino deseado. Los otros obstáculos que superaron los investigadores al hacer que cada nanohélice no supere los 500 nm de tamaño, y aplicando un revestimiento antiadherente de dos capas. La primera capa consta de moléculas unidas a la superficie, mientras que el segundo es un recubrimiento con fluorocarbono líquido. Esto disminuye drásticamente la fuerza adhesiva entre los nanorobots y el tejido circundante.

"Para el revestimiento, buscamos inspiración en la naturaleza, "explica el primer autor del estudio Zhiguang Wu. Fue becario de investigación Humboldt en el MPI-IS y ahora es un postdoctorado en el Instituto de Tecnología de California". En el segundo paso, aplicamos una capa líquida que se encuentra en la planta carnívora de jarra, que tiene una superficie resbaladiza en el peristoma para atrapar insectos. Es como el revestimiento de teflón de una sartén. Este revestimiento resbaladizo es crucial para la propulsión eficiente de nuestros robots dentro del ojo, ya que minimiza la adhesión entre la red de proteínas biológicas en el vítreo y la superficie de nuestros nanorobots ".

"El principio de propulsión de los nanorobots, su pequeño tamaño, así como el revestimiento resbaladizo, será útil, no solo en el ojo, sino para la penetración de una variedad de tejidos en el cuerpo humano, "dice Tian Qiu, uno de los autores correspondientes del artículo, y líder de grupo en el Micro, Laboratorio de Sistemas Nano y Moleculares en el MPI-IS.

Tanto Qiu como Wu forman parte de un equipo de investigación internacional que trabajó en la publicación con el título "Un enjambre de micropropulsores resbaladizos penetra en el cuerpo vítreo del ojo". También, la Universidad de Stuttgart, el Instituto Max Planck de Investigación Médica en Heidelberg, el Instituto de Tecnología de Harbin en China, La Universidad de Aarhus en Dinamarca y el Hospital Oftalmológico de la Universidad de Tübingen contribuyeron al trabajo pionero. Fue en el hospital oftalmológico, donde los investigadores probaron sus nano hélices en un ojo de cerdo disecado y donde observaron el movimiento de las hélices con la ayuda de tomografía de coherencia óptica, una técnica de imagenología aprobada clínicamente ampliamente utilizada en el diagnóstico de enfermedades oculares.

Al otro lado del ojo hacia la retina

Con una pequeña aguja los investigadores inyectaron decenas de miles de sus robots helicoidales del tamaño de bacterias en el humor vítreo del ojo. Con la ayuda de un campo magnético circundante que hace girar las nano hélices, luego nadan hacia la retina, donde aterriza el enjambre. Los nanorobots resbaladizos penetran en un ojo. Ser capaz de controlar con precisión el enjambre en tiempo real era lo que buscaban los investigadores. Pero no termina aquí:el equipo ya está trabajando un día usando sus nanovehículos para aplicaciones de entrega específicas. "Esa es nuestra visión, ", dice Tian Qiu." Queremos poder utilizar nuestras nano hélices como herramientas en el tratamiento mínimamente invasivo de todo tipo de enfermedades, donde el área problemática es de difícil acceso y está rodeada de tejido denso. No muy lejos en el futuro podremos cargarlos de drogas ".

Este no es el primer nanorobot que han desarrollado los investigadores. Desde hace varios años, han estado creando diferentes tipos de nanorobots utilizando un sofisticado proceso de fabricación en 3-D desarrollado por Micro, Grupo de investigación de Nano y Sistemas Moleculares liderado por el profesor Peer Fischer. Se pueden fabricar miles de millones de nanorobots en solo unas pocas horas vaporizando dióxido de silicio y otros materiales, incluyendo hierro, sobre una oblea de silicio a alto vacío mientras gira.