Dirigir el tratamiento médico a una parte del cuerpo enferma es una práctica tan antigua como la medicina en sí. Se coloca una tirita en una rodilla desollada. Las gotas entran en picazón en los ojos. Un brazo roto se enyesa.
Pero a menudo lo que nos afecta es el interior del cuerpo y no es tan fácil de alcanzar. En tales casos, podría requerirse un tratamiento como cirugía o quimioterapia. Un par de investigadores de la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Caltech están trabajando en unforma de tratamiento completamente nueva: microrobots que pueden administrar medicamentos a puntos específicos dentro del cuerpo mientras son monitoreados y controlados desde afuera del cuerpo.
"El concepto de microrobot es realmente genial porque puede obtener micromáquinas justo donde lo necesita", dice Lihong Wang, profesor de Ingeniería Médica e Ingeniería Eléctrica Bren de Caltech. "Podría ser la administración de medicamentos o una microcirugía prediseñada".
Los microrobots son un proyecto de investigación conjunto de Wang y Wei Gao, profesor asistente de ingeniería médica, y están destinados al tratamiento de tumores en el tracto digestivo.
Las microrobots consisten en esferas microscópicas de metal de magnesio recubiertas con capas delgadas de oro y parileno, un polímero que resiste la digestión. Las capas dejan una parte circular de la esfera descubierta, algo así como un ojo de buey. La porción descubierta del magnesio reaccionacon los fluidos en el tracto digestivo, generando pequeñas burbujas. La corriente de burbujas actúa como un chorro y propulsa la esfera hacia adelante hasta que colisiona con el tejido cercano.
Por sí solos, los microrobots esféricos de magnesio que pueden hacer zoom pueden ser interesantes, pero no son especialmente útiles. Para convertirlos de una novedad en un vehículo para entregar medicamentos, Wang y Gao les hicieron algunas modificaciones.
Primero, se coloca una capa de medicamento entre una microesfera individual y su capa de parileno. Luego, para proteger a las microrobots del ambiente hostil del estómago, se envuelven en microcápsulas hechas de cera de parafina.
En esta etapa, las esferas son capaces de transportar drogas, pero aún carecen de la capacidad crucial de llevarlas a la ubicación deseada. Para eso, Wang y Gao usan tomografía computarizada fotoacústica PACT, una técnica desarrollada por Wang que usa pulsosde luz láser infrarroja.
La luz láser infrarroja se difunde a través de los tejidos y es absorbida por las moléculas de hemoglobina que transportan oxígeno en los glóbulos rojos, haciendo que las moléculas vibren ultrasónicamente. Estas vibraciones ultrasónicas son captadas por sensores presionados contra la piel. Se utilizan los datos de esos sensores.para crear imágenes de las estructuras internas del cuerpo.
Anteriormente, Wang demostró que las variaciones de PACT pueden usarse para identificar tumores de seno, o incluso células cancerosas individuales. Con respecto a los microrobots, la técnica tiene dos funciones. La primera es la imagen. Al usar PACT, los investigadores pueden encontrartumores en el tracto digestivo y también rastrean la ubicación de los microrobots, que se muestran fuertemente en las imágenes PACT. Una vez que los microrobots llegan a las proximidades del tumor, se utiliza un haz de láser de infrarrojo cercano de onda continua de alta potencia para activarDebido a que los microrobots absorben la luz infrarroja con tanta fuerza, se calientan brevemente, derritiendo la cápsula de cera que los rodea y exponiéndolos a fluidos digestivos. En ese momento, los chorros de burbujas de los microrobots se activan y los microrobots comienzan a pulularse.no son orientables, por lo que la técnica es una especie de enfoque de escopeta: los microrobots no todos golpearán el área objetivo, pero muchos lo harán. Cuando lo hacen, se adhieren a la superficie y comienzan a liberar su carga útil de medicamentos.
"Estos micromotores pueden penetrar en la mucosidad del tracto digestivo y permanecer allí durante mucho tiempo. Esto mejora la administración de medicamentos", dice Gao. "Pero como están hechos de magnesio, son biocompatibles y biodegradables".
Las pruebas en modelos animales muestran que los microrobots funcionan según lo previsto, pero Gao y Wang dicen que planean continuar impulsando la investigación.
"Demostramos el concepto de que puedes alcanzar el área enferma y activar los microrobots", dice Gao. "El siguiente paso es evaluar el efecto terapéutico de ellos".
Gao también dice que le gustaría desarrollar variaciones de los microrobots que pueden operar en otras partes del cuerpo y con diferentes tipos de sistemas de propulsión.
Wang dice que su objetivo es mejorar la forma en que su sistema PACT interactúa con los microrobots. La luz láser infrarroja que usa tiene algunas dificultades para llegar a partes más profundas del cuerpo, pero dice que debería ser posible desarrollar un sistema que pueda penetrar más.
El artículo que describe la investigación de microrobot, titulado, "Un sistema microrobótico guiado por tomografía fotoacústica para la navegación dirigida en los intestinos in vivo , "aparece en la edición del 24 de julio de Ciencia Robótica . Otros coautores incluyen Zhiguang Wu, Lei Li, Yiran Yang MS '18, Yang Li y So-Yoon Yang de Caltech; y Peng Hu de la Universidad de Washington en St. Louis. Se proporcionaron fondos para la investigación.por los Institutos Nacionales de Salud y el Centro de Bioingeniería Donna y Benjamin M. Rosen de Caltech.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Original escrito por Emily Velasco. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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