Investigadores de la Universidad de Tel Aviv han desarrollado un microrobot híbrido, del tamaño de una sola célula biológica (alrededor de 10 micrones de diámetro), que puede controlarse y navegar utilizando dos mecanismos diferentes: eléctrico y magnético. El microrobot es capaz de navegar entre diferentes células en una muestra biológica, distinguir entre diferentes tipos de células, identificar si están sanas o agonizando, y luego transportar la célula deseada para su posterior estudio, como un análisis genético.
El microrobot también puede transfectar un fármaco y/o un gen en la célula individual objetivo capturada. Según los investigadores, el desarrollo puede ayudar a promover la investigación en el importante campo del análisis unicelular, así como encontrar uso en el diagnóstico médico, el transporte y la detección de fármacos, la cirugía y la protección del medio ambiente.
«El microrobot tiene una capacidad mejorada para identificar y capturar una sola célula, sin necesidad de etiquetado, para pruebas locales o recuperación y transporte a un instrumento externo«
La tecnología innovadora fue desarrollada por el profesor Gilad Yossifon de la Escuela de Ingeniería Mecánica y el Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Tel Aviv y su equipo, compuesto por el investigador postdoctoral, el Dr. Yue Wu, y el estudiante Sivan Yakov, en colaboración con el Dr. Afu Fu, investigador postdoctoral del Technion, el Instituto de Tecnología de Israel. La investigación fue publicada en la revista Advanced Science.
El profesor Gilad Yossifon explica que los microrobots (a veces llamados micromotores o partículas activas) son pequeñas partículas sintéticas del tamaño de una célula biológica, que pueden moverse de un lugar a otro y realizar diversas acciones (por ejemplo, recolectar materiales sintéticos o biológicos) de forma autónoma o mediante control externo por parte de un operador.
Según Yossifon, «el desarrollo de la capacidad del microrobot para moverse de forma autónoma se inspiró en los micronadadores biológicos, como las bacterias y los espermatozoides. Esta es un área de investigación innovadora que se está desarrollando rápidamente, con una amplia variedad de usos en campos como la medicina y el medio ambiente, así como una herramienta de investigación«.
Identificación de células diana no etiquetadas
Como demostración de las capacidades del microrobot, los investigadores lo utilizaron para capturar células sanguíneas y cancerosas individuales y una sola bacteria, y demostraron que es capaz de distinguir entre células con diferentes niveles de viabilidad, como una célula sana, una célula dañada por un medicamento, o una célula que está muriendo o muriendo en un proceso natural de «suicidio» (dicha distinción puede ser significativa, por ejemplo, cuando se desarrollan medicamentos contra el cáncer).
Después de identificar la celda deseada, el microrobot la capturó y la movió a un lugar donde pudiera analizarse más a fondo. Otra innovación importante es la capacidad del microrobot para identificar células diana que no están etiquetadas: el microrobot identifica el tipo de célula y su estado (como el grado de salud) mediante un mecanismo de detección integrado basado en el estado de la célula, con propiedades eléctricas únicas.
El profesor Yossifon afirma que, «nuestro nuevo desarrollo hace avanzar significativamente la tecnología en dos aspectos principales: propulsión híbrida y navegación mediante dos mecanismos diferentes: eléctrico y magnético. Además, el microrobot tiene una capacidad mejorada para identificar y capturar una sola célula, sin necesidad de etiquetado, para pruebas locales o recuperación y transporte a un instrumento externo. Esta investigación se llevó a cabo en muestras biológicas en el laboratorio para ensayos in vitro, pero la intención es desarrollar en el futuro microrobots que también funcionen dentro del cuerpo, por ejemplo, como portadores de fármacos eficaces que puedan ser guiados con precisión hacia el objetivo«.
Una tecnología de importancia en entornos fisiológicos
Los investigadores explican que el mecanismo de propulsión híbrido del microrobot es de particular importancia en entornos fisiológicos, como los que se encuentran en las biopsias líquidas. “Los microrobots que han operado hasta ahora basados en un mecanismo de guía eléctrica no eran efectivos en ciertos ambientes caracterizados por una conductividad eléctrica relativamente alta, como un ambiente fisiológico, donde el accionamiento eléctrico es menos efectivo. Aquí es donde el mecanismo magnético complementario entrar en juego, que es muy efectivo independientemente de la conductividad eléctrica del medio ambiente«.
El profesor Yossifon concluye que, «en nuestra investigación, desarrollamos un microrobot innovador con capacidades importantes que contribuyen significativamente al campo: propulsión híbrida y navegación a través de una combinación de campos eléctricos y magnéticos, así como la capacidad de identificar, capturar, y transportar una sola célula de un lugar a otro en un entorno fisiológico. Estas capacidades son relevantes para una amplia variedad de aplicaciones, así como para la investigación«.
Un laboratorio en una partícula
«Entre otras cosas, la tecnología respaldará las siguientes áreas: diagnóstico médico a nivel de una sola célula, introducción de fármacos o genes en las células, edición genética, transporte de fármacos a su destino dentro del cuerpo, limpieza del medio ambiente de partículas contaminantes, desarrollo de fármacos, y crear un ‘laboratorio en una partícula’, un laboratorio microscópico diseñado para realizar diagnósticos en lugares accesibles solo para micropartículas«.
Fuente: Advanced Science.
