Un grupo de investigadores de la Universidad Técnica de Munich (TUM) ha desarrollado el primer microrobot ("microbot") del mundo capaz de navegar dentro de grupos de células y estimular células individuales. Berna Özkale Edelmann, profesora de nano y microrobótica, ve potencial en nuevos tratamientos para enfermedades humanas. La investigación se publica en la revista Advanced Healthcare Materials. .
Los microrobots son redondos, la mitad del grosor de un cabello humano, contienen nanobarras de oro y tinte fluorescente, y están rodeados por un biomaterial obtenido de algas. Pueden ser impulsados por luz láser para moverse entre las células. Estos pequeños robots fueron inventados por la profesora Berna Özkale Edelmann. En concreto, la bioingeniera y directora del Laboratorio de Bioingeniería Microrobótica ha trabajado con su equipo de investigadores en el desarrollo de una plataforma tecnológica para la producción a gran escala de estos vehículos. Actualmente se utilizan in vitro, fuera del cuerpo humano.
Los microrobots TACSI se diferencian de los robots humanoides clásicos o de los brazos robóticos que se ven en las fábricas. Todo el sistema requiere un microscopio para ampliar los mundos a pequeña escala, una computadora y un láser para controlar los microrobots de 30 micrómetros (μm) controlados por humanos. Los robots se pueden calentar y además indican continuamente su temperatura. Esto es importante porque, además de la capacidad de encontrar el camino hacia celdas individuales, también están diseñados para calentar las ubicaciones de celdas individuales o grupos de células.
TACSI significa Imágenes de señales celulares activadas térmicamente. En términos simples, se trata de un sistema basado en imágenes que es capaz de calentar células para activarlas. TACSI es un "taxi" en todos los sentidos de la palabra:en el futuro, el pequeño robot "conducirá" directamente al lugar donde los investigadores deseen estudiar los procesos celulares. "Por primera vez a nivel mundial, hemos desarrollado un sistema que no sólo permite a los microrobots navegar a través de grupos de células, sino que también puede estimular células individuales a través de cambios de temperatura", afirma el profesor Özkale Edelmann.
¿Cómo se fabrican los microrobots?
La producción de microrobots se basa en "chips de microfluidos" que modelan el proceso de fabricación. El biomaterial se inyecta a través de un canal en el lado izquierdo del chip. Luego se añade un aceite con componentes específicos desde arriba y desde abajo a través de canales de 15 a 60 µm. Los robots terminados aparecen a la derecha. En el caso del microbot TACSI se añaden los siguientes componentes:
"Esto permite fabricar hasta 10.000 microrobots en una sola producción", explica Philipp Harder, miembro del equipo de investigación.
A veces, pequeños cambios de temperatura son suficientes para influir en los procesos celulares. "Cuando la piel se lesiona, por ejemplo a través de un corte, la temperatura corporal aumenta ligeramente, lo que activa el sistema inmunológico", explica el profesor Özkale Edelmann.
Quiere saber más sobre si esta "estimulación térmica" se puede utilizar para curar heridas. También faltan investigaciones sobre si las células cancerosas se vuelven más agresivas cuando se estimulan. Los estudios actuales muestran que las células cancerosas mueren a altas temperaturas (60°C). Este efecto también se puede utilizar para tratar la arritmia cardíaca y la depresión.
Los investigadores del equipo del Prof. Özkale Edelmann demostraron con células renales que se pueden influir en los canales iónicos celulares. Para ello, dirigieron los microrobots TACSI hacia las células. "Utilizamos el láser infrarrojo para aumentar la temperatura. Para medir el aumento, medimos la intensidad del colorante rodamina B", explica Philipp Harder. El equipo observó que los canales iónicos de las células se abrían a determinadas temperaturas, por ejemplo para permitir la entrada de calcio en la célula.
"Con este ejemplo concreto hemos demostrado que el calor provoca cambios en la célula, incluso con ligeros aumentos de temperatura", afirma el profesor Özkale Edelmann. Ella espera que futuras investigaciones señalen el camino hacia nuevos tratamientos, por ejemplo, haciendo posible canalizar medicamentos hacia células individuales.
Más información: Philipp Harder et al, un microrobot impulsado por láser para la estimulación térmica de células individuales, materiales sanitarios avanzados (2023). DOI:10.1002/adhm.202300904
Información de la revista: Materiales sanitarios avanzados
Proporcionado por la Universidad Técnica de Múnich
