Observado in vivo el movimiento colectivo de nanorrobots

Un equipo de investigadores liderados por Samuel Sánchez del Instituto de Bioingeniería de Catalunya (IBEC) ha monitorizado, por primera vez, el comportamiento de un enjambre de nanorrobots en el interior de ratones vivos. El estudio, publicado en la prestigiosa revista Science Robotics, revela un movimiento coordinado, similar al de los bancos de peces, que podría resultar en el futuro muy prometedor en el campo de la medicina de precisión.

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Los nanorrobots son máquinas cuyos componentes están a escala nanométrica (una millonésima parte de un milímetro), y pueden diseñarse de manera que tengan la capacidad de moverse de manera autónoma en determinados fluidos. A pesar de que se encuentran todavía en fase de investigación y desarrollo, se están realizando avances muy significativos para convertirlos en una realidad en la práctica médica.

Sus aplicaciones podrían ser muy variadas: desde la identificación de células tumorales, hasta la liberación de fármacos en rincones específicos del organismo. Entre los distintos sistemas de nanorrobots más prometedores, se encuentran los autopropulsados por enzimas catalíticas. Sin embargo, entender el comportamiento colectivo de estos nanorrobots es indispensable para avanzar hacia la práctica clínica.

Ahora, en un nuevo estudio publicado en la revista Science Robotics, investigadores liderados por Samuel Sánchez , profesor de Investigación ICREA  y su equipo “Nano Dispositivos Biológicos Inteligentes” en el  (IBEC), junto con el grupo de Investigación de Radioquímica e Imagen Nuclear de CIC biomaGUNE liderado por Jordi Llop y la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) , han logrado observar in vivo el comportamiento colectivo de un gran número de nanorrobots, diseñados en el IBEC para moverse de forma autónoma en el organismo.

“El hecho de haber podido ver el movimiento colectivo y sincronizado de los nanorrobots, y de seguirlos dentro de un organismo vivo, es de gran relevancia, puesto que se necesitan millones de ellos para tratar patologías específicas como, por ejemplo, las alteraciones tumorales”, declara Samuel Sánchez, Profesor de Investigación ICREA e investigador principal en el IBEC. “Hemos demostrado, por primera vez, que los nanorrobots se pueden monitorizar in vivo mediante la tomografía por emisión de positrones (PET), una técnica no invasiva de alta sensibilidad utilizada actualmente en el entorno clínico”, explica Jordi Llop, investigador principal del laboratorio de radioquímica y de imagen nuclear de CIC biomaGUNE.

 

“Los nanorrobots realizan movimientos colectivos parecidos a los que encontramos en la naturaleza, como el de los pájaros que vuelan en bandadas, o los patrones ordenados que siguen los bancos de peces”

Samuel Sánchez, Profesor de Investigación ICREA en IBEC y líder del estudio

 

Para ello, los investigadores primero llevaron a cabo experimentos in vitro, monitorizando a los nanorrobots a través de microscopía óptica y tomografía de emisión de positrones (PET). Ambas técnicas permitieron observar cómo las nanopartículas se mezclaban con los fluidos y eran capaces de migrar, de forma colectiva, siguiendo caminos complejos. Después, los nanorrobots fueron administrados, vía intravenosa, a ratones y, por último, introducidos intravesicalmente en las vejigas de estos animales. Los nanorrobots llevaban incorporada una enzima, la ureasa, capaz de utilizar como combustible la urea de la orina, motivo por el cual podían moverse, con facilidad, en este medio.

Movimientos colectivos parecidos a las bandadas de pájaros o a los bancos de peces

El equipo de científicos comprobó que la distribución de los nanodispositivos en la vejiga de los ratones era homogénea, lo cual indica que el movimiento colectivo era coordinado y eficiente.

Este estudio demuestra la elevada eficiencia de millones de dispositivos nanoscópicos para moverse de forma coordinada tanto en entornos in vitro como in vivo, hecho que constituye un avance fundamental en la carrera de los nanorrobots por convertirse en protagonistas de terapias y tratamientos de gran precisión. Las aplicaciones futuras en medicina de estos dispositivos de escala nanométrica son prometedoras.

“Esta es la primera vez que podemos visualizar directamente la difusión activa de nanorrobots biocompatibles dentro de fluidos biológicos in vivo. La posibilidad de monitorear su actividad dentro del cuerpo y el hecho de que muestren una distribución más homogénea podría revolucionar la forma en que entendemos los enfoques de administración y diagnóstico de fármacos basados en nanopartículas”, comenta Tania Patiño, coautora del artículo.

Los “enjambres de nanorrobots” podrían resultar especialmente útiles en medios viscosos, donde la difusión de fármacos está limitada muchas veces por la mala vascularización, como en el tracto gastrointestinal, los ojos, o las articulaciones. “De hecho, como se pueden incorporar diferentes enzimas a los motores, podrían fabricarse nanorrobots a medida según el objetivo dentro del organismo, adaptando el dispositivo al combustible accesible en el entorno donde deben desplazarse”, concluye Samuel Sánchez.

Artículo de referencia: Ana C. Hortelao, Cristina Simó, Maria Guix, Sandra Guallar-Garrido, Esther Julián, diana Vilela, Luka Rejc, Pedro Ramos-Cabrer, Unai Cossío, Vanessa Gómez-Vallejo, Tania Patiño, Jordi LLop, Samuel Sánchez. Monitoring the collective behavior of enzimatic nanomotors in vitro and in vivo by PET-CT. Science Robotics, 2021.

Persona de contacto para más información y solicitud de entrevistas: alopez@ibecbarcelona.eu 




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