Dirigir el tratamiento médico a una parte del cuerpo enferma es una práctica tan antigua como la propia medicina. Se coloca una tirita sobre una rodilla desollada. Las gotas entran en los ojos que pican. Un brazo roto va enyesado.

Pero a menudo lo que nos aflige está dentro del cuerpo y no es tan fácil de alcanzar. En esos casos, podría ser necesario un tratamiento como cirugía o quimioterapia. Un par de investigadores de la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Caltech están trabajando en una forma completamente nueva de tratamiento:microrobots que pueden administrar medicamentos a puntos específicos dentro del cuerpo mientras se monitorean y controlan desde fuera del cuerpo.

"El concepto de microrobot es realmente genial porque puede llevar la micromaquina directamente a donde la necesita, "dice Lihong Wang, Bren Professor de Caltech de Ingeniería Médica e Ingeniería Eléctrica. "Podría ser la administración de medicamentos, o una microcirugía prediseñada ".

Los microrobots son un proyecto de investigación conjunto de Wang y Wei Gao, profesor asistente de ingeniería médica, y están destinados al tratamiento de tumores en el tracto digestivo.

Los microrobots consisten en esferas microscópicas de metal magnesio recubiertas con finas capas de oro y parileno, un polímero que resiste la digestión. Las capas dejan una parte circular de la esfera descubierta, una especie de ojo de buey. La porción descubierta del magnesio reacciona con los fluidos en el tracto digestivo, generando pequeñas burbujas. La corriente de burbujas actúa como un chorro e impulsa la esfera hacia adelante hasta que choca con el tejido cercano.

En su propia, Los microrobots esféricos de magnesio que pueden hacer zoom pueden ser interesantes, pero no son especialmente útiles. Para convertirlos de una novedad en un vehículo para la entrega de medicamentos, Wang y Gao les hicieron algunas modificaciones.

Primero, se intercala una capa de medicamento entre una microesfera individual y su capa de parileno. Luego, para proteger a los microrobots del duro entorno del estómago, están envueltos en microcápsulas de cera de parafina.

En este punto, las esferas son capaces de transportar drogas, pero aún carecen de la capacidad crucial para entregarlos en la ubicación deseada. Para eso, Wang y Gao utilizan tomografía computarizada fotoacústica (PACT), una técnica desarrollada por Wang que utiliza pulsos de luz láser infrarroja.

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. haciendo que las moléculas vibren ultrasónicamente. Esas 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.

Previamente, Wang ha demostrado que las variaciones de PACT se pueden utilizar para identificar tumores de mama, o incluso células cancerosas individuales. Con respecto a los microrobots, la técnica tiene dos funciones. El primero son las imágenes. Al usar PACT, los investigadores pueden encontrar tumores en el tracto digestivo y también rastrear la ubicación de los microrobots, que se muestran con fuerza en las imágenes de PACT. Una vez que los microrobots llegan a las proximidades del tumor, Se utiliza un rayo láser de infrarrojo cercano de onda continua de alta potencia para activarlos. Debido a que los microrobots absorben la luz infrarroja con tanta fuerza, se calientan brevemente, derritiendo la cápsula de cera que los rodea, y exponerlos a los fluidos digestivos. En ese punto, los chorros de burbujas de los microrobots se activan, y los microrobots comienzan a pulular. Los chorros no son orientables por lo que la técnica es una especie de enfoque de escopeta:no todos los microrobots golpearán el área objetivo, pero muchos lo harán. Cuando lo hacen se adhieren a la superficie y comienzan a liberar su carga útil de medicación.

"Estos micromotores pueden penetrar la mucosidad del tracto digestivo y permanecer allí durante mucho tiempo. Esto mejora la administración de medicamentos, "Dice Gao." Pero debido a que están hechos de magnesio, son biocompatibles y biodegradables ".

Las pruebas en modelos animales muestran que los microrobots funcionan según lo previsto, pero Gao y Wang dicen que planean continuar impulsando la investigación.

"Demostramos el concepto de que puedes llegar al área enferma y activar los microrobots, "Dice Gao." El siguiente paso es evaluar el efecto terapéutico de ellos ".

Gao también dice que le gustaría desarrollar variaciones de los microrobots que puedan operar en otras partes del cuerpo. y con diferentes tipos de sistemas de propulsión.

Wang dice que su objetivo es mejorar la forma en que su sistema PACT interactúa con los microrobots. La luz láser infrarroja que utiliza tiene algunas dificultades para llegar a las partes más profundas del cuerpo, pero dice que debería ser posible desarrollar un sistema que pueda penetrar más.