Pequeños robots y vehículos de tamaño nanométrico que pueden navegar a través de los vasos sanguíneos para llegar al sitio de una enfermedad podrían usarse para administrar medicamentos a tumores que de otro modo serían difíciles de tratar.

Una vez inyectado o ingerido, la mayoría de las drogas dependen del movimiento de los fluidos corporales para encontrar su camino alrededor del cuerpo. Significa que algunos tipos de enfermedades pueden ser difíciles de tratar de forma eficaz de esta forma.

Un tipo agresivo de tumor cerebral conocido como glioblastoma, por ejemplo, mata a cientos de miles de personas al año. Pero debido a que produce proyecciones en forma de dedos en el tejido cerebral de un paciente que dañan los vasos sanguíneos que lo rodean, Es difícil que los medicamentos lleguen al sitio del tumor.

"Si inyecta partículas en el cuerpo, seguirán la sangre, "dijo el profesor Daniel Ahmed, quien actualmente dirige el Laboratorio de Sistemas de Robótica Acústica en ETH Zurich en Suiza.

En lugar de, los científicos están recurriendo a nanodispositivos (pequeños robots y vehículos) para administrar medicamentos por todo el cuerpo de forma controlable. Pero primero, tienen que averiguar cómo conducirlos.

Las nanopartículas son "10 veces más pequeñas que los glóbulos rojos, y si usa partículas pasivas, no hay forma de controlarlos, "dice el profesor Ahmed.

Para superar esto, él y sus colegas del proyecto SONOBOTS están utilizando ultrasonido para manipular nanodispositivos que transportan medicamentos contra el cáncer. Los médicos suelen utilizar la tecnología de ultrasonido en imágenes médicas debido a la forma en que las ondas sonoras de alta frecuencia rebotan en diferentes partes del cuerpo. que se puede utilizar para crear una imagen.

El profesor Ahmed y sus compañeros científicos han demostrado:sin embargo, que pueden guiar una burbuja de aire encerrada dentro de un caparazón de polímero y un producto químico de imágenes, lo que permite verlo, mediante ultrasonido. A estos diminutos vehículos los llaman nano nadadores debido a su capacidad para avanzar a través de un líquido. Las ondas sonoras empujan grupos de estos nano nadadores hacia las paredes del recipiente. Esta fuerza sin embargo, no es lo suficientemente fuerte como para afectar el movimiento de los glóbulos rojos en la sangre. El profesor Ahmed dice que se inspiró en cómo viajan los espermatozoides:se adhieren a las paredes estacionarias de la vagina y las usan para guiar su movimiento hacia adelante. "Movimos (los nano nadadores) a la pared y los manipulamos, ", dijo. Esto hace que sea más fácil conducir a los nano nadadores en la dirección correcta a través de un vaso sanguíneo, ya que pueden seguir las paredes".

Nano nadadores

Esta capacidad para controlar con precisión a los nanosnadores es necesaria si los científicos quieren llevar sus nanovehículos portadores de fármacos a los glioblastomas. que es el objetivo final. Los vasos sanguíneos con fugas alrededor de estos tumores significan que los nanosnadores deberán navegar con cuidado hasta las células cancerosas. Pero una vez allí los investigadores pueden sacudir acústicamente al nadador para que libere su carga útil de fármaco en el tumor.

Hasta aquí, los científicos han logrado manipular y rastrear a sus nano nadadores en embriones de pez cebra, pero el Prof. Ahmed dijo que están ansiosos por probar su tecnología en ratones. "El pez cebra tiene un cerebro diminuto, pero su barrera hematoencefálica no está madura. Necesitamos pasar a los ratones para comprender la vasculatura con fugas ".

Si bien existen numerosos mecanismos de propulsión que podrían usarse para guiar a los nanovehículos que transportan medicamentos, como productos químicos, campos magnéticos, o luz, El ultrasonido es atractivo por varias razones, dijo el profesor Ahmed. Las ondas de ultrasonido pueden penetrar profundamente en el cuerpo, pero se ha demostrado que son seguras. Se utiliza habitualmente para detectar latidos cardíacos fetales en mujeres embarazadas. por ejemplo. La tecnología también es relativamente económica y también se puede encontrar en la mayoría de hospitales y clínicas.

La entrega precisa de medicamentos a lugares específicos del cuerpo podría ayudar a abordar otros problemas comunes, pero enfermedades mortales.

El profesor Salvador Pané y el profesor Josep Puigmartí-Luis, investigadores del proyecto ANGIE, Esperamos que la administración de fármacos dirigida permita a los médicos tratar con mayor eficacia a un mayor número de pacientes con accidente cerebrovascular. Accidentes cerebrovasculares isquémicos que ocurren cuando los coágulos de sangre cortan el flujo de sangre en el cerebro, son una de las principales causas de muerte en la Unión Europea, con más de 1,1 millones de personas que sufren accidentes cerebrovasculares cada año.

Carrera

La forma principal de tratamiento para los pacientes que llegan al hospital después de un accidente cerebrovascular es con medicamentos anticoagulantes, pero se administran en forma de inyección y viajan por el cuerpo antes de llegar al cerebro. Estos medicamentos también tienen muchos efectos secundarios, que van desde náuseas y presión arterial baja hasta sangrado en el cerebro, y no todo el mundo puede tomarlos.

Si los tratamientos pudieran dirigirse al lugar de una vena o arteria donde se está produciendo un coágulo, podrían eliminarse de forma mucho más eficaz.

"Si concentramos la cantidad necesaria en el coágulo, reduciremos drásticamente estos efectos secundarios y podremos tratar a más pacientes y reducir los efectos secundarios, "dijo el profesor Pané, codirector del Laboratorio de Robótica Multiescala en ETH Zurich y jefe de su laboratorio de química.

En ANGIE, los investigadores están creando diminutos nanorobots que pueden hacer precisamente esto y administrar el fármaco directamente sobre el coágulo.

A diferencia de los nano nadadores de SONOBOT, los nanorobots que se están desarrollando bajo ANGIE son más sofisticados en términos de cómo se pueden controlar.

"Los mecanismos convencionales para nadar no funcionan en la nanoescala, si intentas gatear (natación) y lo implementas a nanoescala, no funcionará, ", dijo. Para superar esto, el equipo está utilizando campos magnéticos para controlar las estructuras de tamaño nanométrico, que contienen partículas o películas magnéticas.

El profesor Pané los comparó con un brazo robótico en una línea de montaje industrial. Mientras que los robots industriales usan un brazo controlado por computadora para mover una pinza al final, en el caso de los nanorobots ANGIE, el 'brazo' es el campo magnético que mueve los nanorobots magnéticos. Los nanorobots están hechos de diminutas estructuras compuestas de polímeros biodegradables a base de hierro. La alteración de la forma y composición de estas estructuras puede cambiar la forma en que se controlan.

Cuando el nanorobot alcanza su objetivo, un coágulo en el cerebro en el caso de pacientes con accidente cerebrovascular, luego interactúa con el coágulo para administrar su carga útil de fármaco. Tomado en su totalidad, ANGIE puede considerarse un sistema robótico debido al nivel de control que permite el campo magnético, según los investigadores.

Robots

"Realmente son robots, puedes controlarlos, acelerar, parada, moverlos en las tres direcciones, "dijo el Prof. Puigmartí-Luis, químico de la Universidad de Barcelona en España. En principio, pueden rodar, sacacorchos, y caer.

Mientras todavía está en su primer año, el equipo de investigación de ANGIE está desarrollando actualmente el sistema electromagnético, que comprende los nanorobots y la infraestructura necesaria para controlar estos dispositivos. Para confirmar que su tecnología funciona, imprimirán en 3D un sistema vascular humano basado en datos reales, y mapear la ruta óptima para que sus nanorobots alcancen un coágulo, Dice el Prof. Puigmartí-Luis.

Pero si tiene éxito, el uso de nanorobots para administrar medicamentos a los coágulos en pacientes con accidente cerebrovascular, por ejemplo, podría lograrse con el equipo existente en muchos hospitales importantes. "Los campos magnéticos ya se utilizan en los hospitales para la obtención de imágenes por resonancia magnética, "añadió el Prof. Pané.

Aunque su objetivo actual es encontrar coágulos que causan accidentes cerebrovasculares, la tecnología podría aplicarse a muchas otras enfermedades, dice el profesor Pané. Pero necesitan demostrar que su tecnología funciona antes de poder probarla en personas.

Los nanodispositivos ofrecen una forma prometedora de enfocar el tratamiento de enfermedades, y algo que el profesor Ahmed de SONOBOTS cree que será una realidad en un futuro no muy lejano.

"Inicialmente, cuando hablamos con los médicos sobre las ideas, pensaron que era demasiado ciencia ficción, "pero a medida que aumentan los datos del estudio, están llegando, él dijo.