FUENTE: www.purdue.edu
- David Cappelleri, dcappell@purdue.edu
- Craig Goergen, cgoergen@purdue.edu
- Luis Solorio, lsolorio@purdue.edu
Un robot rectangular tan pequeño como unos pocos cabellos humanos puede viajar a través de un colon haciendo volteretas hacia atrás, demostraron los ingenieros de la Universidad de Purdue en modelos animales vivos.
¿Por qué la espalda se voltea? Porque el objetivo es utilizar estos robots para transportar drogas en humanos, cuyo colon y otros órganos tienen un terreno accidentado. Las volteretas laterales también funcionan.
¿Por qué un robot volteador para transportar drogas? Llevar un medicamento directamente a su sitio de destino podría eliminar los efectos secundarios, como la pérdida del cabello o sangrado estomacal, que el medicamento podría causar al interactuar con otros órganos en el camino.
El estudio, publicado en la revista Micromachines , es la primera demostración de un microrobot dando vueltas a través de un sistema biológico in vivo. Dado que es demasiado pequeño para llevar una batería, el microrobot se alimenta y se controla de forma inalámbrica desde el exterior mediante un campo magnético.
«Cuando aplicamos un campo magnético externo giratorio a estos robots, giran como lo haría un neumático de automóvil para atravesar un terreno accidentado», dijo David Cappelleri , profesor asociado de ingeniería mecánica de Purdue . «El campo magnético también penetra de forma segura en diferentes tipos de medios, lo cual es importante para usar estos robots en el cuerpo humano».
Los investigadores eligieron el colon para experimentos in vivo porque tiene un punto de entrada fácil y es muy complicado.
“Mover un robot por el colon es como usar el andador de personas en un aeropuerto para llegar más rápido a una terminal. No solo se mueve el piso, sino también las personas que te rodean ”, dijo Luis Solorio , profesor asistente de la Escuela de Ingeniería Biomédica Weldon de Purdue .
“En el colon, tienes todos estos fluidos y materiales que van siguiendo el camino, pero el robot se mueve en la dirección opuesta. Simplemente no es un viaje fácil «.
Pero este microrobot magnético puede caer con éxito por todo el colon a pesar de estas duras condiciones, mostraron los experimentos de los investigadores. Un video que explica el trabajo está disponible en YouTube .
El equipo llevó a cabo experimentos in vivo en los dos puntos de ratones vivos bajo anestesia, insertando el microrobot en una solución salina a través del recto.Utilizaron equipos de ultrasonido para observar en tiempo real qué tan bien se movía el microrobot.
Los microrobots también podrían caer en los dos puntos extraídos de los cerdos, encontraron los investigadores, que tienen agallas similares a las de los humanos.El microrobot se puede ver justo a la derecha de la «U» en Estados Unidos en este centavo estadounidense. (Imagen de la Universidad de Purdue / Georges Adam)
«Pasar a animales grandes o humanos puede requerir docenas de robots, pero eso también significa que puede apuntar a múltiples sitios con múltiples cargas útiles de drogas», dijo Craig Goergen , profesor adjunto de ingeniería biomédica Leslie A. Geddes de Purdue , cuyo grupo de investigación dirigió el trabajo en Imágenes del microbot a través de varios tipos de tejido.
El laboratorio de Solorio probó la capacidad del microrobot para transportar y liberar una carga útil de fármaco en un frasco de solución salina. Los investigadores recubrieron el microrobot con un fármaco ficticio fluorescente, que el microrobot llevó con éxito a través de la solución en un movimiento giratorio antes de que la carga útil se difunda lentamente de su cuerpo una hora más tarde.
“Pudimos obtener una liberación agradable y controlada de la carga útil de la droga.Esto significa que potencialmente podríamos dirigir el microrobot a un lugar del cuerpo, dejarlo allí y luego permitir que el fármaco salga lentamente. Y debido a que el microrobot tiene un recubrimiento de polímero, el fármaco no se caerá antes de llegar a la ubicación objetivo ”, dijo Solorio.
Los microrobots magnéticos, fabricados a bajo precio de polímero y metal, no son tóxicos y biocompatibles, mostró el estudio. El grupo de investigación de Cappelleri diseñó y construyó cada uno de estos robots utilizando las instalaciones del Birck Nanotechnology Center en Purdue’s Discovery Park .
La maquinaria de fabricación de rollo a rollo de uso común podría producir cientos de estos microrobots a la vez, dijo Cappelleri.
Los investigadores creen que los microrobots podrían actuar como herramientas de diagnóstico además de vehículos de administración de fármacos.
“Desde una perspectiva de diagnóstico, estos microrobots podrían prevenir la necesidad de colonoscopias mínimamente invasivas al ayudar a recolectar tejido. O podrían entregar cargas útiles sin tener que hacer el trabajo de preparación necesario para las colonoscopias tradicionales ”, dijo Goergen.
Esta investigación es parte del Centro Purdue para la Investigación del Cáncer y se alinea con las Iniciativas de Ingeniería de Purdue en Sistemas Autónomos y Conectados e Ingeniería-Medicina . El trabajo cuenta con el apoyo de la National Science Foundation y el National Cancer Institute de los National Institutes of Health.
