Pequeños microrrobots navegan por entornos complejos para realizar cirugía mínimamente invasiva

Un equipo de investigadores ha desarrollado una plataforma de actuación magnética de última generación que crea de manera eficiente "microrobots" similares a los espermatozoides, que exhiben una movilidad notable y capacidades precisas de administración de fármacos. Esta plataforma supera las desventajas de los dispositivos microfluídicos tradicionales, que tienen dificultades para fabricar estructuras 3D complejas, simplificando así el proceso de producción y aumentando el potencial de aplicaciones biomédicas de estos microrobots. Diseñados para navegar en áreas internas complejas del cuerpo para la administración dirigida de medicamentos y procedimientos mínimamente invasivos, estos micronadadores demuestran una eficiencia de locomoción superior en entornos fluídicos en comparación con los sistemas microfluídicos estándar. Sin embargo, los desafíos siguen siendo la producción en masa y garantizar un control eficaz de la propulsión y la liberación de fármacos.

Inspirado por el mecanismo de motilidad del esperma de la raya, un tipo de pez marino, el equipo de investigación de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST, Kowloon, Hong Kong) desarrolló un método de un solo paso para crear micronadadores versátiles similares a espermatozoides utilizando una plataforma de microfluidos asistida por turbulencia de vórtice (VTAM) activada por un campo magnético externo. Estos micronadadores están diseñados con una cola flexible para un movimiento controlado y una cabeza de núcleo-cáscara para una encapsulación eficiente del fármaco, logrando propulsarse de manera efectiva a través de fluidos de diversas viscosidades. La innovadora plataforma VTAM integra un chip microfluídico convencional en forma de cruz con un contenedor de vórtice, que se crea mediante un agitador magnético que induce un flujo rotacional. Esta configuración produce gotitas de alginato magnético uniformes en el chip microfluídico, que luego se transfieren a una solución de cloruro de calcio en el contenedor de vórtice.

Imagen: Ilustración de la producción de micronadadores polimorfos similares a espermatozoides utilizando la plataforma de microfluídica asistida por turbulencia de vórtice (foto cortesía de HKUST)

Dentro del flujo del vórtice, llas gotas se rompen, exponiendo la solución de alginato magnético en su interior y extrayéndola en la dirección del flujo de vórtice, formando una estructura asimétrica similar a un espermatozoide. Una vez que se extrae la cola, las gotitas se solidifican rápidamente debido a una reacción de entrecruzamiento con los iones de calcio, lo que ocurre en cuestión de milisegundos. Los micronadadores resultantes presentan cabezas de núcleo-cáscara biodegradables y formas de cola ajustables, modificables a través de ajustes de la velocidad del vórtice y la concentración de la solución. Para optimizar la administración del fármaco, las superficies de los micronadadores están recubiertas con una membrana sensible al pH, que facilita la liberación controlada del fármaco en condiciones de pH variables. Este innovador recubrimiento mejora significativamente el rendimiento de la liberación del fármaco en diversos entornos ambientales en comparación con sus contrapartes sin recubrimiento. Los investigadores probaron con éxito los micronadadores en un entorno biológico simulado, donde apuntaron y liberaron fármacos con precisión, como se informó en sus hallazgos publicados en Nature Communications 

“Esta investigación no solo demuestra el potencial del diseño biónico en la ingeniería biomédica, sino que también ofrece una nueva dirección para los futuros sistemas de administración de fármacos”, dijo el profesor SHEN Yajing, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Electrónica y de Computadoras, quien lideró el equipo de investigación. “Con los continuos avances tecnológicos, se cree que nuestros nuevos microrobots similares a espermatozoides harán mayores contribuciones a la salud humana en el futuro previsible”.

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HKUST Engineering