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Hablando con Científicos

El conocimiento científico crece gracias a la labor de miles de personas que se esfuerzan, hasta el agotamiento, por encontrar respuestas a los enigmas que plantea la Naturaleza. En cada programa un científico conversa con Ángel Rodríguez Lozano y abre para nosotros las puertas de un campo del conocimiento.

Nanorrobots y nanomotores. Hablamos con Fernando Soto Álvarez.

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En 1959, el físico y premio Nobel estadounidense Richard Feynman sorprendió a propios y extraños durante su conferencia en la Runión anual de la American Physical Society, el título era “There’s Plenty of Room at the Bottom” (Hay mucho espacio en el fondo). Durante aquella presentación, que se alejaba mucho del campo por el que recibiría el Nobel de Física en 1965, decía: “De lo que quiero hablar es del problema de manipular y controlar las cosas a pequeña escala”. No se refería a las cosas en miniatura sino a escalas mucho más pequeñas, comparables a las células de nuestros cuerpos. Aquel fue el comienzo para muchos de lo que hoy se conoce como “nanociencia”.

La propuesta de Feynman no tuvo mucho éxito entre la comunidad científica en aquel momento, pero sí fuera de ella, especialmente entre los aficionados a la ciencia-ficción. Todos recordarán aquella película de los años 60 en la que unos aguerridos y microscópicos científicos, a bordo de un diminuto submarino, navegaban por el interior de un cuerpo en “Un viaje alucinante” (The fantastic Voyage).

Lo que entonces era ciencia ficción, ahora se ha convertido en realidad. Las nanomáquinas existen y son objetos reales, aunque no en el mismo sentido que se proponía en aquellas viejas películas. Las nanomáquinas actuales, cuyos tamaños pueden tener dimensiones de 300 nanómetros, es decir, unas 20 veces más pequeñas que un glóbulo rojo de la sangre, pueden navegar por el interior de un cuerpo y desplazarse entre sus células.

Nuestro invitado en Hablando con Científicos, Fernando Soto Álvarez, investigador en el Canary Center at Stanford for Cancer Early Detection explica hoy cómo los desarrollos más recientes de nanorrobots y nanomáquinas están abriéndose camino con fuerza, especialmente en campos relacionados con la medicina y la biología.

Durante la entrevista, Fernando Soto habla de nanorrobots de distintos tipos que ya se han logrado elaborar y utilizar en muy distintos experimentos reales, tanto en pruebas “in vitro” como en animales de laboratorio. Existen nanomáquinas equipadas con partes móviles, en forma de pequeñas espirales giratorias, que pueden ser activadas mediante campos magnéticos externos para moverse entre los fluidos corporales y desplazarse hasta un destino concreto. Otros dispositivos nanométricos son impulsados mediante el uso de ultrasonidos o luz. Los hay que se mueven mediante propulsión química gracias a pequeños motores catalíticos que aprovechan la existencia de medios ácidos, como los del estómago, para generar movimiento. Y también existen los “nanobots”, unos dispositivos híbridos formados por la unión entre un organismo biológico, una bacteria, por ejemplo, con otra parte añadida mediante biología sintética, como pequeñas partículas magnéticas que después pueden ser utilizadas como guía mediante campos externos.

Hasta ahora, esos dispositivos microscópicos, que pueden ser elaborados en enormes cantidades, han demostrado su valía en pruebas de muy distinto cometido. Una de ellas es la “entrega dirigida”, que consiste en transportar una carga química, un fármaco por ejemplo, y liberarla en un lugar concreto. Del mismo modo se han diseñado pequeñas estructuras capaces de transportar e inyectar, mediante el disparo controlado, sustancias que penetren en el interior de un tumor, superando la barrera externa y multiplicando los efectos del tratamiento.

Experimentos reales, realizados con animales de laboratorio, ha utilizado nanorrobots guiados magnéticamente para transportar y liberar fluorouracilo, un medicamento que se utiliza para el tratamiento de cánceres de mama, colon, recto, estómago y páncreas, en tumores de un modelo de ratones y han logrado reducir el crecimiento tumoral. El fármaco, una vez que alcanzó su destino en las cercanías del tumor, fue liberado gracias a un campo magnético externo, permitiendo que los nanorrobots descargaran una gran cantidad de medicina en el área localizada del tumor.

Los nanorrobots biohíbridos también se han utilizado para la entrega selectiva de cargas de diverso tipo en el interior de animales vivos. La bacteria Listeria monocytogenes se ha utilizado para administrar nanopartículas que contienen una carga de genes y proteínas dentro de un ratón. También se han utilizado bacterias magnetotácticas, es decir, bacterias que generan de forma natural cristales de magnetita que les permiten orientarse y migrar a lo largo de las líneas del campo geomagnético. Estas bacterias se han acoplado a liposomas que llevaban cargas terapéuticas in vitro.

Una utilidad más de los nanorrobots puede ser la posibilidad de transportar y liberar “células madre” en un lugar que ha sido dañado, aportando así una nueva generación de células que puedan reparar el daño. Otro uso de los microrrobots consistió en favorecer el sellado de heridas utilizando, además, un láser. La alta temperatura generada por la interacción láser-microrrobots produjo la desnaturalización y fusión localizadas del colágeno. Después, al bajar la temperatura se produjo la condensación y el cierre de la herida.
Son muchas, pues, las aplicaciones posibles de estas pequeñas nanoestructuras en biomedicina. Una de las más sorprendentes, mencionada por Fernando Soto durante la entrevista, es su utilización como ayuda a la fertilización. Se han diseñado microrrobots biohíbridos formados al acoplar una estructura helicoidal a un espermatozoide, proporcionándole una capacidad mayor de desplazamiento y aumentando la posibilidad de fertilización de un óvulo in vitro.

El desarrollo de estos pequeñísimos dispositivos tiene también un alcance mediático curioso. Fernando Soto, junto a Joseph Wang, Aida Martin, Stuart Ibsen y Sadik Esener ostentan el Record Guinness del Cañón más pequeño Este récord, que podría parecer ajeno a la ciencia, es en realidad un dispositivo que permite disparar pequeñas cargas de sustancias a velocidad notable, ideal, dice Fernando, para aplicaciones que exijan perforar ciertas fronteras biológicas, como es la superficie de tumores o barreras cutáneas. Estos microcañones podrían ser distribuidos en gran cantidad en parches que, una vez aplicados a la piel, faciliten la administración de fármacos sin necesidad de utilizar las agujas hipodérmicas.

Fernando Soto Álvarez nació en Tijuana, México, junto a la frontera con Estados Unidos. Tras la graduación se trasladó a la Universidad de California, en San Diego, donde realizó su doctorado y comenzó la carrera investigadora. Actualmente es investigador en el Canary Center at Stanford for Cancer Early Detection.

Os invito a escucharlo.

Referencias:

Fernando Soto and Robert Chrostowski Frontiers of Medical Micro/Nanorobotics: in vivo Applications and Commercialization Perspectives Toward Clinical Uses

Micromotors push around single cells and particles

3D steerable, acoustically powered microswimmers for single-particle manipulation Science Advances (2019).

Nanobots: Microcannons powered by Sound

A nanobiotechnology tool for site-specific delivery in the gastrointestinal tract (w/video) – Nanowerk


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