Un robot rectangular tan diminuto como unos pocos pelos humanos es capaz de viajar a través de un colon haciendo volteretas hacia atrás, como han demostrado unos ingenieros de la Universidad de Purdue en modelos de animales vivos.
¿Por qué las volteretas hacia atrás? Porque el objetivo es usar estos robots para transportar fármacos en humanos, cuyos colones y otros órganos tienen un terreno accidentado. Las volteretas laterales también funcionan.
¿Y por qué utilizar un robot capaz de hacer volteretas hacia atrás para transportar fármaco? Llevar un fármaco directamente a su lugar de destino podría eliminar los efectos secundarios, como la caída del cabello o la hemorragia estomacal, que la droga podría causar de otra manera al interactuar con otros órganos a lo largo del camino.
El estudio, publicado en la revista Micromachines, es la primera demostración de un microrrobot que se mueve a través de un sistema biológico in vivo. Como es demasiado pequeño para llevar una batería, el microrrobot se alimenta y controla de forma inalámbrica desde el exterior mediante un campo magnético.
“Cuando aplicamos un campo magnético externo rotativo a estos robots, giran como lo haría un neumático de coche para ir sobre un terreno accidentado”, dijo David Cappelleri, profesor asociado de ingeniería mecánica en Purdue. “El campo magnético también penetra con seguridad en diferentes tipos de medios, lo cual es importante para usar estos robots en el cuerpo humano”.
Los investigadores eligieron el colon para los experimentos in vivo porque tiene un punto de entrada fácil, y es muy desordenado.
“Mover un robot a través del colon es como usar la cinta trasportadora de personas en un aeropuerto para llegar más rápido a una terminal. No solo se mueve el suelo, sino también la gente que te rodea”, dijo Luis Solorio, profesor asistente en la Escuela Weldon de Ingeniería Biomédica de Purdue. “En el colon, tienes todos estos fluidos y materiales que están siguiendo el camino, pero el robot se está moviendo en la dirección opuesta. No es un viaje fácil”.
Pero este microrrobot magnético puede moverse con éxito por todo el colon a pesar de estas duras condiciones, según los experimentos de los investigadores.
El equipo llevó a cabo los experimentos in vivo en el colon de ratones vivos bajo anestesia, insertando el microrrobot en una solución salina a través del recto. Utilizaron un equipo de ultrasonidos para observar en tiempo real lo bien que se movía el microrrobot.
Los investigadores descubrieron que los microrrobots también podían girar en colones extirpados de cerdos, que tienen tripas similares a las de los humanos.
“Para desplazarse en animales grandes o en humanos se pueden necesitar docenas de robots, pero eso también significa que se puede apuntar a múltiples ubicaciones con múltiples cargas de fármacos”, dijo Craig Goergen, Profesor Asociado de Ingeniería Biomédica de Purdue, cuyo grupo de investigación dirigió el trabajo de obtención de imágenes del microrrobot a través de varios tipos de tejido.
El laboratorio de Solorio probó la capacidad del microrrobot para transportar y liberar una carga de fármaco en un vial de solución salina. Los investigadores recubrieron el microrrobot con un simulacro de droga fluorescente, que el microrrobot llevó con éxito a través de la solución en un movimiento tambaleante antes de que la carga útil se difundiera lentamente de su cuerpo una hora más tarde.
“Fuimos capaces de conseguir una buena y controlada liberación de la carga de fármaco. Esto significa que potencialmente podríamos dirigir el microrrobot a un lugar del cuerpo, dejarlo allí, y luego permitir que la droga salga lentamente. Y debido a que el microrrobot tiene un recubrimiento polimérico, la droga no se caería antes de llegar a un lugar diana”, dijo Solorio.
Los microrrobots magnéticos, hechos a bajo precio de polímero y metal, no son tóxicos y son biocompatibles, según el estudio. El grupo de investigación de Cappelleri diseñó y construyó cada uno de estos robots usando las instalaciones del Centro de Nanotecnología Birck en el Parque del Descubrimiento de Purdue.
La maquinaria de fabricación comúnmente utilizada podría potencialmente producir cientos de estos microrrobots a la vez, dijo Cappelleri. Los investigadores creen que los microrrobots podrían actuar como herramientas de diagnóstico además de vehículos de entrega de fármacos.
“Desde una perspectiva de diagnóstico, estos microrrobots podrían evitar la necesidad de colonoscopias mínimamente invasivas ayudando a recolectar tejido. O podrían entregar cargas útiles sin tener que hacer el trabajo de preparación que se necesita para las colonoscopias tradicionales”, dijo Goergen.
