Así funcionan los millones de nanorobots que circularán por tu cuerpo para combatir el cáncer

Poco podía imaginar al director de cine Richard Fleischer cuando estrenó Viaje fantástico en 1966 que, medio siglo más tarde, el submarino en miniatura que había ideado para adentrarse -en la pantalla- en el cuerpo de un científico y salvarle la vida sería una realidad. En el filme, un grupo formado por un piloto, un doctor, un cirujano y su ayudante se reducen de tamaño para viajar por el torrente sanguíneo hasta el cerebro y allí intentar curar los tejidos dañados.

Hoy ya hay nanorobots, máquinas inteligentes cien veces más pequeñas que el grueso de un cabello humano, capaces de cumplir esta misión; también de deshacer coágulos; llevar quimioterapia sólo a células tumorales e, incluso, regenerar tejidos dañados. Eso sí, de momento exhiben todo su potencial en ratones y otros animales más grandes mientras ultiman los preparativos para saltar a lo humano en los próximos años. Son la próxima revolución en medicina.

“Lo que planteaba aquella película de ciencia ficción es hoy ya una realidad”, asegura Samuel Sánchez, investigador ICREA en el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), uno de los expertos más reconocidos a escala mundial de este nuevo ámbito de la ciencia que fusiona ingeniería y química, y biología, y medicina, y tecnología, y que ahora apenas se cumplen 20 años de su creación.

“Ahora contamos con pequeños dispositivos terapéuticos que pueden moverse hacia una diana de forma muy selectiva, como una célula tumoral, y allí administrar un fármaco; o actuar de sensores y proporcionar datos en tiempo real sobre el progreso de una enfermedad”, resume.

Eficientes y precisos

Desde que en 2004 se publicó el primer artículo científico que demostraba que era posible crear dispositivos a escala nanométrica capaces de moverse en entornos fluidos, este campo ha evolucionado a velocidad vertiginosa y ha convertido conceptos que parecían ciencia ficción, como los submarinos miniaturizados a Viaje fantástico oa El chip prodigioso, en realidades.

Hechos a partir de materiales biocompatibles, estos ingenios se pueden manipular, activar y controlar utilizando reacciones químicas, luz, ultrasonidos y campos magnéticos para que lleven a cabo tareas muy precisas. Cada vez son más sofisticados e integran inteligencia artificial, biotecnología y materiales avanzados que les permiten actuar de sensores de virus en la sangre, escanear células para detectar enfermedades, o administrar fármacos de forma más eficiente, ajustando sus dosis, maximizando su efecto y reduciendo los posibles efectos secundarios, entre otras muchas aplicaciones.

Sin ir más lejos, esta misma semana la revista científica Science Advances publicaba que ingenieros de la Universidad de California San Diego han desarrollado unos nanorobots cargados con quimioterapia que penetran en los pulmones, identifican las células tumorales metastásicas y liberan su carga sólo contra ellas. El estudio lo han realizado en animales, en concreto con ratones con melanoma que había hecho metástasis en el pulmón, un diagnóstico que en el caso de los humanos tiene un pronóstico bastante funesto, y los resultados que han obtenido son esperanzadores: la supervivencia de los animales tratados con estos nanorobots era superior a los roedores que habían recibido el tratamiento con quimioterapia habitual. “Utilizamos unas algas verdes, Chlamydomonas reinhardtii, para hacer nuestros robots”, explicó al ARA Joseph Wang, catedrático de nanotecnología y nanoingeniería de la Universidad de California San Diego, que visitó Barcelona recientemente invitado a participar en la Conferencia Internacional de Nanomotores, organizada por el IBEC en colaboración con la Fundación 'la Caixa', la Fundación Cataluña La Pedrera y el Consejo Europeo de Investigación (ERC).

En concreto, lo que hicieron fue enganchar nanopartículas que contenían el fármaco doxorubicino, un potente quimioterápico, en la superficie de las algas verdes, que son las que aportan el movimiento a estos nanorobots y les permiten nadar de manera eficiente por los pulmones. Las nanopartículas, además, estaban envueltas en membranas de glóbulos rojos, un "camuflaje" para protegerlas del sistema inmunitario y evitar que sean destruidas.

Anteriormente estos mismos investigadores, con Wang a la cabeza, ya habían empleado una estrategia similar para combatir la neumonía en ratones, en ese caso utilizando las nanopartículas cargadas con antibiótico para eliminar las bacterias. “Entonces fueron los primeros nanorobots que se probaron de forma segura en animales vivos”, recuerda este experto, quien explica que “el hecho de que los nanorobots se muevan mejora la distribución del fármaco en el tejido profundo del pulmón y, además, prolonga el tiempo del tratamiento, cosas que permite reducir la dosis necesaria y reduce sus efectos secundarios”. Ahora, comenta, realizarán otro estudio con animales más grandes, probablemente cerdos, para preparar el paso a ensayos clínicos con humanos en los próximos años.

Los nanorobots de Samuel Sánchez también están muy cerca de poder testearse en pacientes. Este investigador presentó recientemente un trabajo revolucionario y pionero en la aplicación biomédica de la nanorobótica: un enjambre formado por millones de nanorobots capaces de combatir los tumores de vejiga. "Con una sola dosis de nuestra terapia con estos dispositivos logramos reducir un 90% el tamaño de los tumores de vejiga más comunes en un ensayo con ratones", resalta este ICREA.

Sánchez y su equipo diseñaron esferas de sílice que envolvieron con unas enzimas llamadas ureasa que reaccionan con la urea, un compuesto químico que hay en la orina, y eso las propulsa. Además, cuando están cerca del tumor, estas nanopartículas pueden cambiar su parte más externa para hacerla más penetrable. “Es como si fueran un agujereador sólo en el tejido canceroso, sin afectar a la pared de la vejiga. Dado que los nanorobots se mueven constantemente, rebotan contra el tejido sano y sólo actúan sobre el tumoral. Esto maximiza su efecto y reduce muchísimo los posibles efectos secundarios”, resume el investigador catalán, que ha creado una spin-off, Nanobots Therapeutics, con los que quieren empezar a realizar ensayos clínicos en humanos antes del 2030.

Una operación a 9.000 km de distancia

Bradley Nelson es otro de los investigadores pioneros en este ámbito y también participó en la conferencia impulsada por el IBEC en Barcelona hace unos días. Catedrático de robótica y de inteligencia artificial en el ETH Zúrich, la investigación de este ingeniero se centra en terapias dirigidas para deshacer coágulos y atacar glioblastomas, tumores cerebrales muy agresivos. En su caso, "utilizamos nanopartículas magnéticas, hechas a partir de óxidos de hierro, que no son tóxicas, y estamos investigando cómo hacerlas biodegradables, que el propio cuerpo las absorba", explicó al ARA.

Recientemente, en su laboratorio, en colaboración con investigadores de la Clínica Mayo, en EE.UU., realizaron una operación quirúrgica a distancia; en concreto, en cirujano y paciente les separaban 9.000 km. En este test tecnológico, utilizaron un sistema artificial neurovascular a escala humana donde, a distancia, el equipo de cirujanos consiguieron guiar a nanorobots hasta un coágulo de sangre y una vez allí, deshacerlo. “La idea es poder desarrollar estrategias para tratar a personas que viven lejos de cirujanos expertos y han sufrido un ictus o un infarto lo antes posible, dado que el tiempo en estos casos es crucial”, apunta Nelson.

Otra de las aplicaciones que más se está investigando actualmente en este ámbito nano es la de la regeneración de tejidos, como músculo. En este sentido, Maria Guix, investigadora de la Universidad de Barcelona, ​​trabaja con unos nanorobots que ha diseñado con forma de muelle y que incorpora a tejido muscular impreso en 3D a partir de células de ratón. “Descubrimos de forma fortuita que entrenaban solos. Fue una gran sorpresa”, recuerda Guix. “Estos robots bio muestran propiedades emergentes, es decir, propiedades que desarrollan ellos mismos sin que nosotros les hayamos dotado”.

Materiales activados con luz

Curiosamente, Katherine Villa, investigadora Ramón y Cajal en el Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ), también desarrolló, cuando trabajaba en la Universidad de Química y Tecnología de Praga, una pasta dentífrica con nanorobots para eliminar los biofilms de bacterias que se generan en los dientes. En ese caso, desarrollaron motores catalíticos empleando peróxido de hidrógeno, un producto ya muy empleado por los dentistas. “Los nanorobots generaban burbujas que eliminaban de forma física al biofilm bacteriano. Luego, se eliminaban al escupirlos con la crema dental”, apunta Villa. Ahora acaba de recibir una beca Leonardo de la Fundación BBVA para eliminar biofilms de hongos en la piel, que provocan infecciones muy recurrentes.

“Los tratamientos actuales con cremas antibióticas pueden generar resistencias antimicrobianas, un grave problema de salud hoy en día”, apunta Villa, que en el ICIQ trabaja con nanorobots hechos con materiales que tienen capacidad para absorber energía solar y almacenarla, y una vez se les quita la luz, comienzan a liberar fotones ya moverse. "Como ya están cargados, cuando les aplicamos a la piel estos nanomateriales comienzan a generar radicales libres y eliminan las bacterias", resume la investigadora.

Las bacterias que investiga Villa fueron la fuente de inspiración, de hecho, que abrió ese nuevo ámbito de la ciencia. Porque la investigación en nanorobots empezó por pura curiosidad científica, cuando investigadores de todo el planeta estaban centrados en descifrar el origen de la vida y se fijaron en estos microorganismos que tapizan el planeta y sus habitantes: cómo era posible que aquellos seres primigenios, una de las primeras formas de vida que aparecieron en la Tierra, ¿se pudieran mover?

Para tratar de entenderlo, intentaron imitar la naturaleza y reproducirlo. Y, finalmente, después de años de investigación, en 2004 llegó el gran hito: dos pioneros de la Universidad de Pensilvania. Walter Paxton y Ayusman Sen, demostraron que se podían crear nanopartículas y hacer que se movieran solas a partir de reacciones químicas. Fue ese hallazgo el que abrió sus puertas a algunas de las aplicaciones más revolucionarias en medicina y empezó a convertir lo que había fantaseado la ciencia ficción en realidad.