Crédito: Andrea Danti / Shutterstock

El campo de la micro y nano-robótica se ha desarrollado durante décadas y es posible que pronto comencemos a ver resultados clínicos.

A menudo se comenta del progreso tecnológico y que todo se vuelve cada vez más pequeño (con la excepción de los televisores). Los teléfonos, computadoras, electrodomésticos y otros dispositivos se han reducido de tamaño desde que se desarrollaron por primera vez, gracias a mejores técnicas de diseño y fabricación que permiten más componentes en miniatura.

Pero algunos científicos están llevando ese concepto al extremo, con el objetivo final de llevar la tecnología a una frontera completamente nueva: el interior de nuestros cuerpos. Si bien los marcapasos, los stents arteriales y otros componentes son comunes, los investigadores médicos han soñado durante mucho tiempo con crear dispositivos tan pequeños que pudieran nadar en nuestro torrente sanguíneo, abriendo nuevas posibilidades de curación y diagnóstico. Dichos robots tendrían menos de un milímetro de tamaño y, a menudo, serían sustancialmente más pequeños. El campo de la nano-robótica, por ejemplo, presenta creaciones del orden de mil millonésimas de metro.

Aquellos de cierta edad pueden recordar la película Viaje Fantástico, de 1966, que mostraba a una tripulación submarina reducida a un tamaño microscópico para entrar en el cuerpo de un científico enfermo. Una generación más joven puede pensar en la serie animada para niños El autobús escolar mágico, donde la Sra. Frizzle encogió el vehículo del mismo nombre al tamaño exacto para sumergirse en los vasos sanguíneos de un desafortunado estudiante.

Si bien no es probable que el campo de la micro robótica médica incluya a personas diminutas, las versiones de ciencia ficción del concepto hacen un buen trabajo al ilustrar la idea básica. Pequeños robots, de tan solo micro o nanómetros de longitud, podrían caber dentro de la infraestructura de nuestros cuerpos, realizando tareas médicas con precisión. Los pequeños robots podrían nadar a través de los vasos sanguíneos para eliminar obstrucciones peligrosas o administrar medicamentos contra el cáncer directamente a los tumores. En lugar de una operación, las futuras visitas al hospital pueden consistir en una pastilla y una pequeña observación.

El campo de la nano robótica tiene su herencia en una conferencia de 1959 del físico Richard Feynman, en la que imaginó un mundo donde la tecnología avanzada permite a los científicos manipular físicamente los átomos, los componentes básicos de la materia. Bajo el título “Hay mucho espacio en la parte inferior: una invitación a entrar en un nuevo campo de la física”, la charla fundamental abordó la posibilidad de que los humanos pudieran construir máquinas tan pequeñas que ni siquiera se podían ver.

Aunque la tecnología tardó décadas en ponerse al día, los científicos finalmente comenzaron a explorar qué tan pequeños podían llegar a ser cuando se trataba de robótica. Resulta que la respuesta es bastante pequeña. Hoy, los investigadores han creado robots medidos en la escala de nanómetros, más pequeños que un glóbulo rojo.

Uno de los primeros artículos en el campo se publicó en 1998 y propuso el diseño de un glóbulo rojo artificial hecho de diamante que, según afirmaba, podría entregar 236 veces más oxígeno a los tejidos que los glóbulos rojos humanos.

En los años posteriores, los científicos han comenzado a hacer frente a los desafíos únicos que los micro robots médicos puedan traer. De esta manera se podría  impedir que el cuerpo los destruya. Si bien todavía no estamos en el punto en el que pequeños robots participan en ensayos clínicos, el campo puede estar acercándose. Los investigadores de hoy dicen que pueden inyectar, alimentar y controlar pequeños robots en condiciones simuladas. Estos robots no se parecen a las máquinas que estamos acostumbrados; de hecho, muchos consisten casi en su totalidad en pequeñas cuentas de metal. Pero la cantidad de aplicaciones podría ser enorme.

Una nueva frontera para los robots

Crear un robot que se mueva por el interior del cuerpo humano significa enfrentar desafíos que ningún robotista común enfrenta. Para empezar, las baterías y los motores tradicionales no pueden escalar tan pequeño, por lo que los ingenieros deben idear métodos completamente nuevos para alimentar y mover robots. Y a escalas tan pequeñas en el cuerpo, la gravedad deja de importar; en cambio, los micro robots deben luchar contra la furia del torrente sanguíneo y enfrentarse al empuje y tracción de las fuerzas electrostáticas. Para algunos de los robots más pequeños, el movimiento browniano o los movimientos aleatorios causados ​​por la energía térmica es suficiente para sacudir sus movimientos.

Muchos investigadores han buscado inspiración en el mundo natural. Algunos micro robots utilizan diseños basados ​​en flagelos bacterianos para moverse. Otros se han apropiado de la biología por completo simplemente integrando sus máquinas con células vivas para crear híbridos de tipo ciborg que se mueven dentro del cuerpo. Un artículo, por ejemplo, describe el uso de bacterias como pequeños motores uniéndolas a cuentas de plástico. Los diferentes diseños de micro robótica se basan en enzimas o glucosa y oxígeno, presentes dentro del cuerpo para obtener energía. La ventaja es que estos robots nadarían esencialmente en su propio combustible.

Otra forma de mover un robot dentro del cuerpo es usar fuerzas externas. Algunos científicos están explorando cómo usar campos magnéticos para mover perlas de metal dentro del cuerpo. Un grupo informa que pueden controlar enjambres enteros de esferas diminutas en varias configuraciones de esta manera, maniobrando potencialmente a través de la tubería interna del cuerpo para alcanzar un objetivo. Otro grupo ha integrado pequeñas perlas metálicas con células madre, que luego podrían  moverse a través de canales estrechos, y que sustituirían a los vasos sanguíneos.

A medida que los investigadores avanzan hacia el uso real de sus micro robots dentro de los humanos, han probado una variedad de aplicaciones potenciales. Pequeños robots médicos podrían entregar medicamentos a ubicaciones específicas, aumentando así la concentración efectiva y reduciendo los efectos secundarios en otros lugares. Los médicos de micro robots también podrían traer agentes que combaten el cáncer, como material radiactivo, directamente a los tumores, destruir selectivamente células cancerosas. Podrían empezar a trabajar raspando placas peligrosas de las paredes arteriales para prevenir ataques cardíacos, o actuar como andamios para ayudar a regenerar los nervios o los vasos sanguíneos.

En otro paso adelante, un equipo de investigadores de China informó que pudieron crear micro robots capaces de atravesar la barrera hematoencefálica. Tomaron un nanogel magnético que contenía un fármaco y lo recubrieron con la membrana de una bacteria Escherichia coli. Cuando inyectaron el nanogel oculto en ratones, las células de su sistema inmunológico llamadas neutrófilos se tragaron a los nano robots, confundiéndolos con bacterias invasoras. Luego, los investigadores pudieron usar campos magnéticos para mover los neutrófilos que contienen nano robot alrededor del torrente sanguíneo de los ratones, y finalmente cruzaron a sus cerebros. La técnica podría usarse algún día para tratar tumores cerebrales, sugiere el equipo.

El robot médico más pequeño hasta la fecha proviene de investigadores de la Universidad de Texas en San Antonio. Con tan solo 120 nanómetros de diámetro, las partículas de nanocompuestos pueden ser controladas por campos magnéticos y son lo suficientemente pequeñas, según los investigadores, que podrían usarse para empujar células individuales. Ese caso de uso aún no se ha realizado, aunque puede llegar algún día, prontamente. Pero contiene destellos de la visión original de Feynman de manipular los componentes básicos de nuestro mundo. Como era cierto entonces, todavía queda mucho espacio en el fondo.

Fuente : Nathaniel Scharping

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