¿Esperma-bots? Micro robots biohíbridos con plantilla espermática

Malpartida Marquez, Jorge Santiago

Huaccha Cáceres, Franco Javier

Si imaginaste a estos traviesos organismos como naves recorriendo nuestro cuerpo, estás en lo correcto, siempre cuando no lo hayas malinterpretado. ¿Esperma-bots? Parece ficción, pero solo es ciencia. IRONSperm, es el nombre original acuñado por científicos de la Universidad Técnica de Dresde. Consisten en microbots o micro robots, de estructura biológica; para ser exactos, de espermatozoides bovinos, cuya superficie está cubierta con nanopartículas de maghemita distribuidas irregularmente, que permiten su localización mediante imágenes de ultrasonido. El proceso de fabricación de los IRONSperm se basa en el autoensamblaje electroestático, la propulsión de sus flagelos es posible gracias a la inducción de un campo magnético externo, lo que explica su gran motilidad. Pero, ¿por qué y para qué harían algo así? En los siguientes párrafos conoceremos la importancia de esta investigación y repasaremos detenidamente algunos conceptos.

Figura 1. (A-E) IRONSperm, espermatozoide bovino cubierto con nanopartículas de maghemita en su superficie representado en distintas vistas. (F) Densidad del recubrimiento e interacción magnética.

¿Qué son los microbots y qué ventajas trae?

Se tratan de unidades robóticas autopropulsadas de muy pequeñas dimensiones que pueden realizar tareas específicas al ser introducidas en nuestro organismo. Estas características permiten el transporte efectivo de medicamentos a zonas de difícil acceso para los métodos actuales, así que podrían ayudar a reducir considerablemente el nivel de intervención en tratamientos invasivos y mitigar el riesgo de efectos secundarios por administración de fármacos. Asimismo, estos microbots podrían ser capaces de realizar suturas de tejidos dañados e incluso detectar con efectividad la presencia de células cancerosas y neutralizarlas. (Chautems et al., 2017)

Figura 2. Ilustración de nanobots

La aplicación de micro y nano robots está revolucionando las ciencias biomédicas. Durante los últimos años hubo un desarrollo muy representativo de estas estructuras mecánicas, que tienden a ser cada vez más ligeras y precisas respecto a su control. Actualmente se vienen desarrollando diversos modelos que hacen uso de paradigmas biológicos, como es el caso de IRONSperm.

¿Cómo funciona? ¿Por qué espermatozoides?

Gracias a su simple geometría, y según el material de fabricación, puede diseñarse diversos modelos que tienen que cumplir las siguientes condiciones:

• Estar formado por elementos mínimamente biocompatibles
• Ser totalmente controlables bajo estímulos externos
• Proporcionar un alto contraste de ruido para ser localizados mediante imágenes médicas

Figura 3. Simulación espacial de IRONSperm — momento magnético

IRONSperm es fabricado a partir de un enfoque de autoensamblaje propio de la biología molecular, cuyo fin es adquirir una distribución espacial no aleatoria. Aquel proceso de autoensamblaje alcanza el equilibrio electroestático, tal que se obtiene una carga resultante entre la membrana espermática y las nanopartículas que los recubren. Se caracterizan por la distribución irregular de maghemita (mineral de óxido de hierro mixto) en su superficie, que interactúa con el campo magnético inducido, que a su vez garantizará su locomoción mediante la propulsión de sus flagelos.

La investigación publicada en la revista Science (Magdanz et al, 2020) explica que estos micro nadadores, a consecuencia de su recubrimiento, han demostrado que la impedancia acústica de la plantilla espermática fue eléctricamente potenciada, lo que permitió que fueran localizados a través de equipos de ultrasonido.

Figura 4. Imagen fluorescente de IRONSperm cargados de fármacos

Anteriormente se han desarrollado microbots semejantes; no obstante, la mayoría resultaron ser insuficientemente flexibles, grandes o no biocompatibles. A diferencia del trabajo que precede a este, también publicado por el mismo equipo, usaron partículas de maghemita a escala nanométrica, que mejoraron considerablemente la velocidad y flexibilidad de los IRONSperms.

Conclusiones

• De los resultados obtenidos, se sugiere combinar técnicas de desarrollo de microbots con el enfoque biohíbrido presentado.
• Los beneficios de incorporar plantillas biológicas van más allá de ventajas estructurales.
• La distribución irregular de nanopartículas de maghemita contribuyó significativamente a la interacción con el campo magnético.
• Una de las principales dificultades para el desarrollo de los IRONSperms fue su comportamiento en otros entornos y superficies; por ende, se sugiere tomar en cuenta estos retos para futuras investigaciones.

Bibliografía

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