Minirobots que viajan a través de los pulmones para curar cáncer

El objetivo de la nanorobótica es incorporar funciones de robot, es decir, detección, procesamiento de información, alguna forma de acción y posiblemente comunicación a una escala mucho más pequeña que una sola célula o un microprocesador. Se trata de una técnica extremadamente compleja. La mayoría de los sistemas nanorobóticos son apenas partículas que pueden desempeñar algunas de estas funciones y precisan un control externo para hacerlo ya que depender de los fluidos, sea la sangre o movimientos del sistema digestivo, no siempre permiten controlarlo. Los sistemas de control habituales son ultrasonidos o imanes.

Para darnos una idea estos robots pueden tener desde unos pocos milímetros hasta un tamaño nanométrico que los hace 10 veces más pequeños que los glóbulos rojos. Un equipo de científicos liderados por Daniel Ahmed, director del Laboratorio de Sistemas de Robótica Acústica en el Instituto Tecnológico de Zurich, ha creado el proyecto Sonobots que utiliza ultrasonido para manipular nanodispositivos que transportan medicamentos que matan el cáncer y tratan coágulos.

Recientemente un equipo liderado por Pietro Valdastri, del Laboratorio Storm, ha desarrollado un minirobot de apenas 2 milímetros para tratar el cáncer de pulmón, pero en lugar de guiarse por ultrasonidos, lo hace con imanes. El laboratorio Storm, de la Universidad de Leeds, ha desarrollado toda su técnica a partir de la manipulación magnética que «aprovechamos para llegar al interior del cuerpo humano y así diagnosticar y tratar enfermedades inoperables y potencialmente mortales».

Su último avance es una suerte de tentáculo ultrasuave, que mide apenas 2 milímetros de diámetro y está controlado por imanes permitiendo alcanzar algunos de los bronquios más pequeños. Los imanes están montados en brazos robóticos fuera del cuerpo del paciente. Esta tecnología podría transformar el tratamiento del cáncer de pulmón.

El cáncer de pulmón tiene la tasa de mortalidad por cáncer más alta del mundo. En este tipo de tumores, de células no pequeñas en etapa temprana, que representa alrededor del 84 % de los casos, la intervención quirúrgica es el estándar habitual en los tratamientos.

Sin embargo, suele ser muy invasivo y conduce a la eliminación significativa de tejido. Este enfoque no es adecuado para todos los pacientes y puede tener un impacto en la función pulmonar.

Los programas de detección del cáncer de pulmón han llevado a mejores tasas de supervivencia, pero han resaltado la necesidad de encontrar formas no invasivas de diagnosticar y tratar a los pacientes de manera temprana.

El equipo de Valdastri evaluó el robot de tentáculos magnéticos en los pulmones de un cadáver y descubrieron que puede viajar un 37 % más profundo que el equipo estándar y provoca menos daños en los tejidos. Los resultados, publicados en «Nature», están a la espera de los permisos para los primeros ensayos en humanos.

«Se trata de un avance realmente emocionante –dice Valdastri–. Este nuevo enfoque tiene la ventaja de ser específico para la anatomía, más suave y de forma controlable a través del magnetismo. Estas tres características principales tienen el potencial de revolucionar la navegación de robots dentro del cuerpo humano».

Además de mejorar la navegación dentro de los pulmones durante las biopsias, este robot de tentáculos magnéticos allana el camino para un tratamiento menos invasivo, permitiendo a los médicos apuntar solo a células maliciosas y permite que los tejidos y órganos sanos continúen funcionando normalmente.

«Nuestro objetivo era, y es, brindar ayuda curativa con un dolor mínimo para el paciente», añade el coautor del estudio, Giovanni Pittiglio -. La activación magnética remota nos permitió hacer esto utilizando tentáculos ultrasuaves que pueden llegar más profundo, mientras se adaptan a la anatomía y reducen el trauma».

Junto a su apuesta por los próximos ensayos en humanos, el Laboratorio Storm también está pensando en un nuevo avance: dos robots que trabajen de forma simultánea. Se trata de controlar dos robots magnéticos independientes para que puedan trabajar juntos en un área confinada de la anatomía humana, permitiendo que uno mueva una cámara y el otro controle un láser para extirpar tumores.

Cirugía cerebral endonasal

Usando una réplica de un cráneo, el equipo probó con éxito el uso de dos robots para llevar a cabo una cirugía cerebral endonasal, una técnica que permite a un cirujano atravesar la nariz para operar áreas en la parte frontal del cerebro y la parte superior de la columna vertebral.

Para ello era necesario que los robots magnéticos se movieran independientemente unos de otros para que uno pudiera mover la cámara, mientras que el otro podía dirigir un láser hacia un tumor.

La dificultad reside en que si se colocan dos imanes muy cerca, como en este caso, se atraen entre sí y dificultan el control del robot.

El equipo de Valdastri resolvió esto diseñando los cuerpos de los tentáculos de manera que solo puedan doblarse en direcciones específicas y reubicando los polos norte y sur en cada tentáculo de robot magnético.

Esto les permitió simular la extirpación de un tumor benigno en la glándula pituitaria en la base del cráneo, demostrando por primera vez que es posible controlar dos de los robots en un área confinada del cuerpo.

«Esta es una contribución significativa al campo de la robótica controlada magnéticamente. Nuestros hallazgos muestran que los procedimientos de diagnóstico con una cámara, así como los procedimientos quirúrgicos completos, se pueden realizar en espacios anatómicos pequeños», concluye Zaneta Koszowska, coautora del estudio.