Nanorrobots avanzan hacia las aplicaciones biomédicas

A diferencia de las nanopartículas pasivas, el movimiento de los nanorrobots es dirigible, por lo que se acercan a las aplicaciones reales, aunque de forma lenta.

Antoni Mixoy. Barcelona | dmredaccion@diariomedico.com | 15/04/2017 10:00

Samuel Sánchez, profesor Icrea y líder del grupo de Nanobiodispositivos Inteligentes del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC). (DM)

La película Viaje alucinante y el libro posterior de Isaac Asimov basado en ella, dos clásicos de la ciencia ficción, nos hablaron hace medio siglo de microsubmarinos navegando por el cuerpo humano. Hoy los nanorrobots han avanzado mucho, aunque siguen lejos de ese objetivo, a diferencia de las nanopartículas pasivas, que ya se prueban en ensayos clínicos. "Pero ya hemos conseguido, en el laboratorio, que se muevan por sí mismos en un fluido, dirigirlos hacia donde queramos y darles aplicaciones provechosas, como transportar fármacos y liberarlos dentro de células tumorales, por ejemplo", señala Samuel Sánchez, profesor Icrea y líder del grupo de Nanobiodispositivos Inteligentes del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC).

Doctor en Química por la Universidad Autónoma de Barcelona, este investigador (Terrassa, 1980) es un referente mundial en el desarrollo de nanomotores y nanorrobots autopropulsados. Fue nombrado mejor innovador de menos de 35 años por el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), galardonado con el Premio Princesa de Girona de Investigación Científica (2015) y hace pocas fechas recibió el Premio Nacional de Investigación al Talento Joven en Cataluña. Antes, su periplo investigador le llevó a la Universidad de Twente (Holanda); a Tsukuba, en Japón (Institute for Materials Science); Dresde (Leibniz Institute), y Stuttgart (Max Planck Institute), desde donde se trasladó al IBEC, en 2015.

Direccionamiento
A pesar de su menor grado de desarrollo, los nanorrobots presentan ventajas evidentes sobre las nanopartículas pasivas. Éstas se mueven por todo el cuerpo a través del torrente sanguíneo pero no se pueden direccionar, por lo que la gran mayoría no llega a su destino. Tampoco pueden ir a contracorriente, ni superar barreras fisiológicas, medios viscosos o de poca difusión. Por el contrario, los nanorrobots, con un tamaño de hasta 50 nanómetros -cada uno es la millonésima parte de un milímetro, y un cabello tiene un diámetro de unos 80-10.000 nanómetros-, pueden hacer todo eso, gracias a su capacidad de movimiento y guiado.

Imitando a la naturaleza, a "nadadores" en un medio líquido como las células o las bacterias, en el diseño de nanorrobots "copiamos sus estructuras simples, esferas o cilindros, así como su generación de movimiento a partir de una reacción química", explica Sánchez. En un medio de peróxido de hidrógeno, que actúa como combustible, el contacto de éste con un catalizador (platino) hace que el oxígeno se disuelva en burbujas que propulsan la partícula, compuesta de sílice. En los nanomotores Jano, sólo colocan el material en una parte de la partícula -de ahí la referencia al dios romano- y la reacción la propulsa en la dirección opuesta.

El problema es que el agua oxigenada, en las concentraciones requeridas, es tóxica. De ahí que en el IBEC probaran con glucosa y urea como combustible, con éxito -"la primera demostración mundial en este sentido"-, y sustituyeron el platino por glucosa oxidasa y ureasa como reactivos y motores. Tanto en estos modelos híbridos y biocompatibles como en los anteriores, el direccionamiento de las partículas se lleva a cabo mediante campos magnéticos e imanes -las partículas incorporan hierro-, pero éste y otros grupos de investigación han demostrado que estos dispositivos también reaccionan a diferencias de temperatura, pH y gradientes químicos (de oxígeno, glucosa, etc.) del medio.

Aplicaciones
Esta sensibilidad es clave para la detección de los cambios presentes en el metabolismo de las células tumorales, la principal diana en el transporte y liberación de fármacos, que a su vez es la promesa primordial de los nanorrobots en su aplicación biomédica, "nuestro gran sueño", reconoce Sánchez.

Las nanopartículas mesoporosas atrapan y encapsulan bien el fármaco en sus poros, pero el reto estriba en que lleguen a su destino. Según un estudio norteamericano publicado el año pasado en la revista Nature Reviews Materials, solo el 0,4-0,7 por ciento de las cargadas con quimioterápicos alcanzan los tumores sólidos (el 0,1 por ciento, o menos, con métodos convencionales).

Ahora, en el IBEC, están probando que los nanorrobots puedan transportar fármacos de forma "más directa, rápida y específica" que las partículas pasivas.

El reto es el movimiento a contracorriente en el torrente sanguíneo, algo que, en el laboratorio, se ha logrado en canales fluídicos que imitan a las arterias. Pero las dificultades son tales que, "de hecho, ensayamos alternativas al torrente sanguíneo", indica Samuel Sánchez. Una de ellas son los medios muy viscosos, como las articulaciones, en las que los nanodispositivos pueden "penetrar en el sistema articular polimérico y transportar y liberar fármacos".

Otra aplicación más inmediata sería la curación de heridas superficiales, ya que los nanorrobots, aplicados como una crema, detectan pequeñas grietas en la piel para penetrar más. En este sentido, un grupo de investigación chino ya ha demostrado en ratones una curación más rápida que por métodos convencionales.

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Referente mundial
Doctor en Química por la Universidad Autónoma de Barcelona, este investigador es un referente mundial en el desarrollo de nanomotores y nanorrobots autopropulsados. Ha recibido el Premio Nacional de Investigación al Talento Joven en Cataluña.

Gran potencial
Los nanorrobots con un tamaño de hasta 50 nanómetros -a diferencia de las nanopartículas- se pueden direccionar, pueden ir a contracorriente y superar barreras fisiológicas, medios viscosos o de poca difusión gracias a su capacidad de movimiento.

Aplicaciones
Uno de los usos más inmediatos de nanorrobots en biomedicina sería la curación de heridas superficiales, ya que aplicados como una crema detectan pequeñas grietas en la piel para penetrar más. En ratones han mostrado una curación más rápida.