El insecto que podría revolucionar las cirugías

No es la primera vez que la naturaleza ayuda a los tecnólogos. Normalmente la inspiración viene de lo que vemos a nuestro alrededor y siempre es buena idea aprender de la biología, que diseña soluciones ingeniosísimas sin saber siquiera qué es lo que está haciendo. Cuentan que la eliminación de cálculos renales con ultrasonidos se inspiró en lo que sucede a la escarcha sobre las alas de los aviones cuando estos pasan a vuelo supersónico. La hirudina, un fármaco que evita que la sangre se solidifique, viene de las sanguijuelas (Hirudo medicinalis), que anticoagulan la mordedura de sus víctimas para asegurarse un flujo continuo de sangre.

Por este mismo motivo, no sería raro que las cirugías del futuro se inspiraran en las avispas. Eso es lo que plantea un equipo de científicos de la Universidad de Tecnología de Delft, en Países Bajos.

Más rápido, menos agresivo y, sobre todo, más barato

Durante el último siglo uno de los retos de la cirugía ha sido volverse tan poco invasiva como fuera posible. Esto significa cortar mejor, hacer punciones más pequeñas y manipular el cuerpo lo menos posible. Gracias a ello se evita siempre que es posible realizar grandes incisiones, y no se retira más tejido del necesario.

De hecho, se trata de evitar realizar cirugías tradicionales, primando el uso de técnicas laparoscópicas, que no es otra cosa que operar el cuerpo desde dentro. En ellas se realizan unas pequeñas perforaciones en el cuerpo introduciendo tubos con distintas herramientas, una o más cámaras para ver el interior, una luz, pinzas, bisturís, fresas, elementos de sutura, etc. Y los motivos para complicarse el trabajo de este modo son más que sobrados. Las cirugías laparoscópicas no solo reducen los daños en los tejidos del paciente, sino que son, por lo general, más rápidas.

Al reducir el tiempo de la intervención se pueden aligerar las listas de espera, y reducen el tiempo que el paciente está siendo operado, lo cual disminuye la posibilidad de que se presenten determinados efectos adversos relacionados con el proceso quirúrgico. No obstante, el mayor aliciente para desarrollar cirugías cada vez menos invasivas es que, los presupuestos no son infinitos y nunca son suficientes.

Hay que encontrar la mejor solución equilibrando coste y eficacia para así dar la mejor cobertura sanitaria posible a cuantas personas podamos. Pues bien, estas cirugías mínimamente invasivas reducen notablemente el tiempo de recuperación postoperatorio. El paciente se sobrepone antes a ella, sale de peligro en menos tiempo y, por lo tanto, puede abandonar el hospital en pocos días o incluso horas, abaratando sobremanera el coste de su estancia. Entonces ¿qué nos impide miniaturizar incluso más las operaciones?

Pensar en otra escala

Contamos con tecnologías avanzadísimas para crear dispositivos tecnológicos casi tan minúsculos como podemos imaginar. Podemos mover átomo a átomo la estructura de un material e incluso sabemos cómo construir motores del tamaño de una molécula. ¿Qué nos impide crear instrumental quirúrgico diminuto? Ya existen diminutas hojas que hacen las veces de bisturíes y las pinzas no son un problema, de hecho, podemos hacer pinzas láser o incluso sónicas.

El problema es que para que algo miniaturizado funcione no siempre sirve hacerlo más pequeño. Hace falta pensar en otra escala, donde los fluidos, por ejemplo, se comportan de forma diferente a cuando se encuentran formando grandes volúmenes. Un vaso de agua, por ejemplo, no se comporta igual que una pequeña gota sobre un mantel. La segunda no se desparrama, la tensión superficial la mantiene unida.

Algunas de estas propiedades tan dependientes de la escala complican la miniaturización. Por ejemplo, las jeringuillas demasiado finas tienden a ofrecer mucha más resistencia al paso de fluidos. Por otro lado, la sangre se coagula más fácil mente cuando atraviesa tubos estrechos, ya que el caudal se reduce más rápido que la cantidad de sangre que toca las paredes del tubo.

Precisamente por estos motivos, un grupo de científicos de la Universidad de Tecnología de Delft ha propuesto un nuevo sistema que sustituya a los dispositivos de succión en estas cirugías mínimamente invasivas.

Cómo succionar sin succionar

Cuando aspiramos, ya sea con una pajita o una aspiradora, lo que estamos haciendo es crear una zona de bajas presiones que, para equilibrarse con su entorno, arrastra hacia ella lo que haya cerca. De este modo, los fluidos van de zonas de altas presiones a zonas de bajas presiones. El problema es que este mecanismo no funciona del todo bien cuando reducimos el calibre del tubo por el que succionar, por lo que había que diseñar un aparato capaz de extraer (o introducir) material en el cuerpo que funcionara de una manera diferente a todo lo que habíamos creado hasta ahora.

Una forma de encontrar soluciones a problemas complejos es ver si alguien los ha solucionado ya. En este caso eso se traduce por buscar soluciones similares en la naturaleza: ¿existen organismos que inyecten o introduzcan materia por finísimos tubos? La respuesta es sí, sin duda. La respuesta a nuestros problemas tecnológicos está en las avispas parásitas. Las familias Ichneumonidae y Braconidae inyectan sus huevos en el interior de sus víctimas a través de unas estructuras llamadas ovopositores, una suerte de tubos bastante más finos que un cabello humano. ¿Cómo consiguen transportar los huevos sin que se atasquen?

Desde fuera los insectos parecen relativamente sencillos. Patas, ojos y alas, poco más. Sin embargo, cuentan con algunas de las estructuras más complejas y sofisticadas de la naturaleza. En primer lugar, el ovopositor puede medir más que la propia avispa, lo cual requiere que sea una estructura flexible y tremendamente resistente. Por otro lado, la avispa necesita atravesar con él el cuerpo de sus víctimas, y en ocasiones, incluso alguna fruta, como los higos que estudiaron los investigadores. Para conciliar todo ello, el ovopositor de la avispa está reforzado con un metal, el zinc. Por otro lado, tiene que atravesar perpendicularmente al higo, y para eso necesita doblarlo sobre sí mismo para reorientarlo, atravesando con él una acanaladura de su abdomen, para enfilar el pinchazo.

Aunque la verdadera genialidad es menos evidente. Para entenderla tendremos que observar el ovopositor muy de cerca, tanto que empezaremos a distinguir que, en lugar de un tubo perfecto, está formado por una especie de planchas que recorren longitudinalmente la estructura. Las piezas que forman este ovopositor se llaman valvas y están encajadas unas en otras con un sistema de rieles, lo que se llama machihembrado. Esto permite que unas se desplacen respecto a las otras y esa es la clave.

Los científicos todavía no están seguros de qué secuencia exacta siguen las piezas, pero sabemos que no todas avanzan o retroceden a la vez. Ese movimiento secuencial y el rozamiento que ejerce sobre los huevos que hay en el interior del tubo, permiten empujarlos hasta el exterior. Es algo parecido a juntar tus dedos hacia arriba, como en ese gesto con el que solemos imitar a los italianos, y sujetar con ellos un lápiz puesto con la punta hacia arriba. Ahora intenta mover tus dedos sobre el lápiz para hacerlo ascender poco a poco. Pues bien, esa es la idea.

Tomando este concepto, los científicos han desarrollado un aparato capaz de imitarlo y, con un movimiento secuencial de sus seis valvas, extraer pequeños tejidos del cuerpo. Lo cual permitirá hacer cirugía de gran precisión, tomar muestras de forma mucho menos cruenta y, en principio, abrir las puertas a una nueva revolución de la cirugía. Directamente de la naturaleza al quirófano, de mano de una avispa parásita.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Las estructuras de los insectos son inesperadamente sofisticadas bajo el microscopio. El ovopositor de estas avispas tiene, por ejemplo, receptores del gusto y el tacto que le permiten detectar dónde está su presa.
• Por otro lado, probóscides como las del temido mosquito son más una navaja suiza que una jeringuilla. Cuentan con varias piezas que corta, puncionan, anticoagulan y detectan el calor y el olor. Si nos fijamos en su tórax podremos ver que tienen incluso una especie de giroscopios que les ayudan a orientar sus movimientos en pleno vuelo, los llamados halterios cuya forma de maza oculta su verdadero origen: alas atrofiadas.

REFERENCIAS (MLA):

• Aimee Sakes, et al. “Development of a Novel Wasp-Inspired Friction-Based Tissue Transportation Device” Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. doi: 10.3389/fbioe.2020.575007
• Boring, C. & Sharkey, Michael & Nychka, John. (2009). Structure and Functional Morphology of the Ovipositor of Homolobus truncator (Hymenoptera: Ichneumonoidea: Braconidae). Journal of Hymenoptera Research. 18. 1-24.