Minirrobots, nanopartículas, sus dientes y… el cáncer
¿Se imagina que ir al dentista para que le limpie los dientes no sea algo desagradable sino un trámite sin más? Un sentarse, abrir la boca y dejar que él deposite un ejército de robots minúsculos que puedan hacer el trabajo de limpieza con precisión, mayor eficiencia y sin molestias. Suena muy bien, ¿ah?
Un equipo de ingenieros, odontólogos y biólogos de la Universidad de Pensilvania están trabajando en una técnica que logre crear una tropa microscópica de limpieza. Son dos tipos de sistemas robóticos. Uno diseñado para trabajar en una superficie y otro para que pueda hacerlo dentro de espacios de difícil alcance. Los investigadores ya han logrado que los mini robots puedan destruir películas biológicas, biopelículas, que son agregados de bacterias o bacterias protegidas por una red que arman con frecuencia.
Las aplicaciones pueden ser de mucho valor y podrán ser útiles manteniendo limpios los tubos de drenaje y otros ductos internos de la boca para reducir posibles riesgos de daño en los dientes, infecciones o mantener a salvo y bien los implantes dentales.
Quien lidera el equipo es Hyun (Michel) Koo, de la Escuela de Medicina Dental, con la ayuda de Edward Steager de a Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania.
“Este fue un verdadero trabajo multidisciplinario. Estamos integrando la experiencia de los microbiólogos y científicos clínicos con la de los ingenieros para diseñar la mejor manera de erradicar microbios. Esto también es importante en otros campos de la biomedicina pues mejoraría las posibilidades de tratamientos en lugares del cuerpo de difícil acceso, aquellos que presenten esas biopelículas resistentes a los medicamentos, ahora que nos acercamos a lo que será una época post-antibióticos”, dice Koop.
“Tratar las biopelículas de los dientes requiere mucho trabajo manual. Nosotros tenemos la esperanza de mejorar el tratamiento reduciendo las dificultades”, añade Steager.
Las biopelículas pueden crecer en las superficies biológicas de los dientes o entre ellos. Cuando se acumulan son muy difíciles de remover pues las bacterias forman una especie de andamio que las protege de los ataques de agentes antimicrobianos.
En ensayos previos, los investigadores usaron nanopartículas con propiedades catalíticas para activar químicos que liberan radicales libres que pueden matar a las bacterias y destruir las biopelículas.
Por pura casualidad, los investigadores supieron de otro grupo que trabajaba con minirobots y las mismas nanopartículas. Los ingenieros controlaban el movimiento de los robots usando un campo magnético.
Trabajando en grupo, el equipo diseñó, mejoró y probó dos tipos de sistemas robóticos. En el primero se suspenden nanopartículas en una solución y dirigidas por imanes remueven la biopelícula. El segundo embebe a las nanopartículas en un gel tridimensional que logrará destruir esas biocapas de acceso difícil.
Ambos tipos mataron a las bacterias, rompieron la matriz que las envuelve y retiraron los residuos con alta precisión. Luego de varias pruebas con superficies o tubitos de vidrio, los investigadores pasaron a probar sus minirobots en un diente humano.
Lograron degradar y destruir no solo las bacterias de la superficie sino que lo pudieron hacer entre los canales de la raíz, que es donde más se forman esas biopelículas bacterianas.
“Pensamos en los robots como sistemas autómatas que se mueven con la información que han acumulado. Pero en este caso, el movimiento puede ser guiado por imágenes de la biopapelícula recogidos con microcámaras”, dice Steager.
Este trabajo ya ha sido premiado y, recibiendo mucha financiación, se mueve al campo de la aplicación clínica con rapidez.
Y en el cáncer
En el campo del tratamiento del cáncer, la entrega selectiva de medicamentos es de vital importancia pero existe un problema muy serio a la hora de hacerlo pues el sistema sanguíneo es una barrera difícil de flanquear.
Ingenieros del MIT en colaboración con otros investigadores han logrado, utilizando también minirobots cargados con nanopartículas, sacarlos del torrente sanguíneo y llevarlos a un camino que les permita llegar a un tumor o a otros tejidos enfermos.
En la mayoría de los casos que usan nanopartículas para la entrega de medicamentos, los investigadores se aprovechan de los vasos sanguíneos “rotos” que rodean a los tumores, lo que permite la entrada a los tejidos internos del tumor pero el proceso de entrega no es todo lo eficiente como se necesitaría.
El equipo decidió explorar si las fuerzas generadas por los robots magnéticos podrían ser una mejor manera de ayudar a las nanopartículas a salir del torrente sanguíneo y hacer su trabajo.
Los robots utilizados en el estudio y diseñados por Simone Schuerte durante sus estudios de postdoctorado en Zurich, son equivalentes en tamaño a una célula y se controlan aplicando un campo magnético externo. Esos micro biorobots al que los investigadores le dicen “flagelos bacterianos artificiales”, tienen una pequeña hélice que se parece a los flagelos, esos filamentos que usan las bacterias para impulsarse en sus largos viajes. Han sido impresos con una alta resolución 3D y cubiertos luego con níquel, lo que los vuelve magnéticos.
Para probar la habilidad de un único robot a la hora de controlar las nanopartículas a su alrededor, los investigadores crearon un sistema de microfluidos que copia a los vasos sanguíneos que rodean a los tumores.
Usando imanes, aplicaron campos magnéticos al robot, lo que puso a rotar la hélice y lo hizo nadar por el fluido. Como éste corre en dirección contraria, el robot se mantiene estacionario y crea una corriente que lanza unas 200 partículas de poliestireno (como modelo) que penetran un tejido artificial. Las partículas lo penetraron con el doble de eficacia que cuando no se usa el robot magnético.
También probaron la entrega de nanopartículas usando bacterias que en su forma natural se propulsan usando campos magnéticos.
Las partículas que usaron los investigadores son lo suficientemente grandes como para llevar una buena carga, incluyendo, por ejemplo, los componentes necesarios para que el trabajo de cortar y pegar regiones del ADN para editar información genética, CRISPR, pueda ser realizado.
Lo siguiente para un equipo que reúne a científicos de diversos campos, de diferentes instituciones y países, que es como se hace la ciencia contemporánea, es iniciar sus primeros ensayos en modelos animales.
