Millones de nanorrobots se mueven de forma colectiva como las bandadas de p¨¢jaros o los bancos de peces

Investigadores espa?oles han dise?ado unos robots casi infinitamente peque?os que se mueven de forma colectiva aunque sean millones. Y han podido rastrear el enjambre usando un sistema de imagen bastante m¨¢s sofisticado que los rayos X. La combinaci¨®n de ambos logros acerca el todav¨ªa sue?o de la medicina personalizada.

Los nanorrobots, creados por un equipo del Instituto de Bioingenier¨ªa de Catalu?a (IBEC), son esferas de silicio de un di¨¢metro de 507 nan¨®metros (un nan¨®metro es la millon¨¦sima parte de un mil¨ªmetro). A pesar de su reducido tama?o, pueden convertirse en taxis que transporten varias part¨ªculas a¨²n m¨¢s peque?as que funcionen como nanof¨¢rmacos. Ya se han dise?ado cosas as¨ª antes, pero hac¨ªa falta un motor que les permitiera moverse hasta el objetivo. Este nanomotor han resultado ser unas enzimas adheridas a la esfera que hace de chasis del veh¨ªculo. Los investigadores aprovecharon la propia reacci¨®n qu¨ªmica que se inicia cuando estas mol¨¦culas entran en contacto con un sustrato determinado para dotar de movilidad a su ingenio. En este caso, el nanomotor era la ureasa y el combustible, la urea, el principal compuesto de la orina.

Samuel S¨¢nchez es el l¨ªder de este grupo del IBEC centrado en crear nanodispositivos biol¨®gicos. ¡°Para lograr que este chasis de ¨®xido de silicio se moviera necesit¨¢bamos ponerle un motor y lo encontramos en las enzimas, catalizadores que generan un flujo¡±, explica. ¡°Probamos con varias enzimas hasta que llegamos a la ureasa, que reacciona solo cuando hay un sustrato espec¨ªfico, la urea. Lo que hace la enzima es descomponer la urea en CO? por un lado y amon¨ªaco por el otro y esto genera propulsi¨®n¡±, detalla. Ya solventaban uno de los grandes problemas de la nanomedicina, lograr movimiento sin tener que recurrir a un elemento extra?o, un combustible exterior. Todo esto y m¨¢s lo detallan en un art¨ªculo reci¨¦n publicado en la revista Science Robotics.

Los nanorrobots usan la reacci¨®n qu¨ªmica de una enzima que llevan encima con la urea para moverse como si fuera un motor de propulsi¨®n

¡°Hay una amplia librer¨ªa con enzimas para distintos sustratos¡±, comenta S¨¢nchez, pero la ureasa es la que mejores resultados les est¨¢n dando. Adem¨¢s de dotar de movimiento a sus nanorrobots, en la reacci¨®n con la ureasa, la liberaci¨®n del amon¨ªaco altera el pH de la orina, reduciendo la viscosidad del entorno facilitando la dispersi¨®n, ¡°lo que sumado a la fuerza de la propulsi¨®n, abre el camino al f¨¢rmaco¡±, a?ade el cient¨ªfico.

Uno de los mayores problemas de los tratamiento tradicionales y tambi¨¦n de los m¨¢s recientes basados en nanosistemas es que el f¨¢rmaco no llega en la dosis adecuada a los tejidos objetivo. ¡°Para llegar, para tratar un tumor no basta con dotar de movimiento a tus nanorrobots. Tienes que tener millones de ellos capaces de moverse y lograr que lo hagan de forma colectiva¡±, sostiene S¨¢nchez.

Ese movimiento colectivo, como si fueran los desplazamientos de una bandada de p¨¢jaros, es lo que han visualizado ahora en lo que es la segunda gran aportaci¨®n de este trabajo. Lo comprobaron usando una t¨¦cnica de imagen como las de rayos X o las resonancias magn¨¦ticas, aunque menos usada y conocida. Se llama tomograf¨ªa por emisi¨®n de positrones o PET.

El investigador del centro de investigaci¨®n en biomateriales CIC biomaGUNE y coautor del estudio Jordi Llop destaca que la PET ¡°permite visualizar cualquier mol¨¦cula, c¨¦lula, nanopart¨ªcula... que hayas marcado para emitir radiaci¨®n y es, adem¨¢s, ultrasensible, capaz de detectar la cantidad m¨¢s peque?a¡±. Para seguir y poder ver a los nanorrobots lo que hicieron fue adherirles qu¨ªmicamente ¨¢tomos de fl¨²or-18 y yodo-124, is¨®topos de ambos elementos que emiten radiaci¨®n. Esas emisiones de rayos gamma son como faros cuya luz detecta el PET. ¡°No vemos los motores individuales, sino el conjunto. Cuantificamos cu¨¢ntos, d¨®nde, cu¨¢ndo se han movido¡±, detalla Llop. Es la primera vez que se logra algo as¨ª con un enjambre de millones de nanorrobots.

Su complejo sistema de nanorrobots autopropulsados lo vieron primero in vitro con el microscopio, pero despu¨¦s lo rastrearon in vivo en la vejiga de una veintena de ratones con la PET. Tania Pati?o, tambi¨¦n del IBEC y coautora de la investigaci¨®n asegura en una nota que ¡°es la primera vez que podemos visualizar directamente la difusi¨®n activa de nanorrobots biocompatibles dentro de fluidos biol¨®gicos in vivo¡±. Y a?ade que poder ¡°monitorear su actividad dentro del cuerpo y el hecho de que muestren una distribuci¨®n m¨¢s homog¨¦nea podr¨ªa revolucionar la forma en que entendemos los enfoques de administraci¨®n y diagn¨®stico de f¨¢rmacos basados en nanopart¨ªculas¡±.

En cuanto al movimiento colectivo del enjambre, conocido en entornos biol¨®gicos, no resulta estar dirigido u operado desde fuera. ¡°El movimiento, aunque colectivo, es ca¨®tico. Se crean flujos, corrientes y bancos de nanorobots que se agrupan entre ellos, pero la forma y la direcci¨®n no est¨¢ controlada, de momento¡±, recuerda S¨¢nchez. Tampoco es fruto de una especie de inteligencia colectiva como no lo es el desplazamiento coordinado de los bancos de peces o las bandadas de p¨¢jaros y, sin embargo, son mecanismos eficaces de supervivencia. Siguiendo con el s¨ªmil, S¨¢nchez concluye que ¡°ese movimiento, aunque ca¨®tico, es muy eficiente para mover todo el l¨ªquido que hay en la vejiga y para que los nanorobots lleguen a todas las paredes¡±.

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