Los nanobots podrían explorar las células humanas, pero su tamaño es un desafío de ingeniería – Blog de la revista Horizon

Pero a medida que estos inventos se reducen, las leyes del movimiento que gobiernan estas máquinas no son muy intuitivas, por lo que los investigadores se inspiran en la naturaleza, dice Brad Nelson, profesor de robótica en ETH Zurich, Suiza, que se enfoca en estos pequeños dispositivos inteligentes del tamaño de un nanómetro. máquinas.

«Veamos qué tipos de microorganismos existen … para tener una idea de cómo funciona la naturaleza y si tenemos alguna tecnología o posibilidades de ingeniería que podamos utilizar para resolver estos problemas», dijo.

¿Cómo son estos diminutos robots?

Hay dos tipos. Los microrobots suelen ser más pequeños que un milímetro pero tan grandes como un micrón, es decir, de una milésima de metro a una millonésima de metro. Los nanorobots son incluso más pequeños: más pequeños que una millonésima parte de un metro, o aproximadamente una centésima parte del ancho de un cabello. En otras palabras, los microrobots tienen aproximadamente el tamaño de una bacteria, mientras que los nanorobots tienen aproximadamente el tamaño de un virus.

Están hechos de varios productos químicos, incluidos carbono y elementos metálicos, y dado que estos robots en muchos casos se desarrollan para su uso en el cuerpo humano, generalmente están hechos de materiales que son compatibles con nuestras entrañas. Por ejemplo, nos gusta usar moléculas de hierro porque el hierro tiende a ser biocompatible y también podemos usar campos magnéticos para hacer que se muevan.

En las que estamos trabajando parecen pequeñas jaulas de metal hechas de hierro forradas con ramas poliméricas colgantes. Los dispositivos parecen casi orgánicos, como una especie de pequeño microorganismo extraño, y con nuestros campos magnéticos están equipados para «caminar».

Otros robots parecen pequeñas manchas y algunos de ellos incluso tienen una apariencia poco interesante, como una pequeña mancha, excepto que hay mucha química en su interior.

¿Cuál es el potencial de los nanorobots?

Los nanorobots son, de hecho, más temas de investigación en este momento, es probable que no haya aplicaciones médicas a corto plazo debido a los desafíos médicos y de ingeniería asociados con el desarrollo de la tecnología a una escala tan pequeña.

Algunos grupos están trabajando para emular el tamaño y la capacidad de nado de las colas flageladas de algunas bacterias como la E. coli; las colas tienen un pequeño motor giratorio de unos 40-50 nanómetros de diámetro que gira a varias 100 revoluciones por minuto. Es una especie de mecanismo nanorobótico que ha desarrollado la naturaleza.

Incluso las vacunas de Covid que usan microARN, las instrucciones que se introducen en sus células para provocar la producción de anticuerpos para combatir las infecciones, podría considerarlas como una especie de mecanismo nanorobótico. Lo que nuestro campo está tratando de hacer es crear dispositivos más complicados que puedan imitar algunos de estos mecanismos moleculares.

Pero creo que la mayor promesa de los nanorobots es comprender cómo funcionan los sistemas biológicos. Es más una herramienta para explorar células: comprender los mecanismos de lo que sucede dentro de la célula. No diría que se convertirán en terapias a corto plazo, serán más como herramientas de investigación.

¿Hay otros usos?

Cuando estuvimos tentados a crear una nano-máquina para ayudarnos a administrar medicamentos para tratar, digamos, un tumor, lo que descubrimos accidentalmente fue que en realidad estábamos destruyendo el medicamento. Esto era exactamente lo que no queríamos hacer, pero le dio al equipo la idea de que el enfoque podría usarse para destruir microcontaminantes en el agua, así que estamos trabajando en ello ahora.

También estamos trabajando en la construcción de microcatéteres que puedan administrar microrobots cerca del sitio de la enfermedad, de modo que los microrobots puedan administrar dispositivos nanorobóticos que causen interrupciones que podrían, por ejemplo, ayudar a descomponer la placa o desactivar un coágulo de sangre.

«Creo que la mayor promesa de los nanorobots es comprender cómo funcionan los sistemas biológicos».

Profesor Brad Nelson, ETH Zurich, Suiza

¿Cuáles son los mayores desafíos sobre el terreno?

Debido a que estos dispositivos son increíblemente pequeños, la física que rige su movimiento es muy poco intuitiva, así que tratemos de encontrar microorganismos que superen estas limitaciones, por ejemplo, cambiando su forma a lo largo de su ciclo de vida. Así que se trata de entender la física de esto y si tengo la tecnología que me permitiría imitarlo o ser «bioinspirado».

Otra gran pregunta es qué materiales usar para fabricar los dispositivos. Algunos materiales como el cobalto y algunos metales de tierras raras tienen propiedades deseables pero son tóxicos para el cuerpo humano.

Desde un punto de vista robótico, se trata de coordinar campos magnéticos para que el dispositivo vaya exactamente donde yo quiero y navegue a través de vasos sanguíneos complicados. Gran parte de lo que hacemos es sorprendentemente similar a las personas que trabajan en vehículos autónomos. Si estoy en mi oficina en Zúrich y quiero cruzar el río hacia el otro lado, necesito planificar una ruta y tener una hoja de ruta sobre cómo llegar allí. Hacemos lo mismo cuando estamos dentro de un órgano, hacemos mapas de todos los vasos sanguíneos y luego intentamos navegar por las vías.

Y hay necesidad de financiación. Se necesita mucha inversión para hacer estas cosas bien: el dinero del gobierno solo lo lleva lejos, pero realmente necesita el tipo de inversión que las grandes empresas pueden hacer para superar la línea regulatoria.

También necesitamos trabajar en estrecha colaboración con los médicos, porque son ellos quienes utilizarán esta tecnología para tratar a los pacientes. A menudo tendrán expectativas poco realistas de lo que posiblemente podamos ofrecer, y también podemos tener expectativas poco realistas de lo que realmente están haciendo; por lo tanto, unir la medicina, la ciencia y la tecnología es un desafío.

En general, cuanto más trabajo en el campo, más me emociono y más convencido estoy de que veremos estos dispositivos utilizados para mejorar la salud humana a lo largo de mi vida, y ciertamente durante mi vida profesional.

El profesor. Nelson recibió financiación del Consejo Europeo de Investigación de la UE para su proyecto SOMBOT.

Publicado originalmente en la revista Horizon