Nanorobots capaces de desplazarse en forma controlada a lo largo de un vaso sanguíneo para perforar y destrozar mecánicamente un coágulo mientras libera fármacos que lo licuan. Los sistemas se controlan externamente y una vez liberados son recuperados mediante el catéter que los liberó, no dejando rastro alguno. Limpio, rápido y eficiente. Así avanza la nanotecnología y la mas apreciada de sus aplicaciones: la nanomedicina, nanorobótica inteligente, medicina de precisón o como le quieran llamar: el futuro hoy.
Se publica en Science Advances una nueva prueba de concepto de nanorobots para uso biomédico. En este caso se comunican las pruebas clínicas para el uso de enjambres de nanomicrorobots para terapia intravascular de precisión, en este caso para la trombólisis altamente eficiente de coágulos sanguíneos. Los nanorobots se controlan mediante campos magnéticos externos, son portadores de fármacos anticoagulantes, se despliegan en la zona del coágulo, son activados externamente y una vez disuelto el mismo se logra su recuperación casi completa. En pocas palabras, los nanorobots han demostrado un enorme potencial como plomeros de precion en medicina vascular.
El trabajo fue publicado recientemente por investigadores de la Chinese University of Honk Kong y valida resultados obtenidos in vitro, in vivo y ex vivo demostraron su capacidad para desobtruir coágulos en pequeńos vasos sanguíneos. Las nanopartículas son compuestos híbridos de magnetita (óxido de hierro II, III) y dióxido de silicio, embebidos con tPA (activador tisular del plasminógeno). La tPA es una proteína protolítica de origen natural, es decir cumple un rol fundamental en la disolución de coágulos sanguíneos. La trombosis es una de las principales causas de muerte a nivel mundial, y provoca patologías especialmente graves como isquemia cerebral, infarto agudo del miocardio y tromboembolia pulmonar.
Los tratamientos convencionales disponibles son mecánicos o farmacológicos. En el primer caso, mediante la trombectomía quirúrgica tiene sus limitaciones, típicamente en el caso de trombosis producidas en las arterias cerebrales, que por su tortuosidad y pequeño calibre dificultan la aplicación de esta técnica. La delicadeza de los vasos sanguíneos a ese nivel incrementa el riesgo de ruptura de los mismos, haciendo altamente riesgosos los procedimientos. Por otro lado el tratamiento farmacológico con trombolíticos como la tPA se presenta como un método alternativo al mecánico pero no esta exento de contraindicaciones y riesgos. Los fármacos trombolíticos disuelven la fibrina de los coágulos, pero aumentan significativamente el riesgo de hemorragias intracraneales. En este caso el control preciso y efectivo de las dosis de trombolíticos es un factor absolutamente clave.
Los llamados nano y microrobots son sistemas altamente efectivos y mínimamente invasivos para la desobstrucción de coágulos y estan siendo investigados en extenso. Combinan las ventajas de los métodos mecánicos sin comprometer la delicada estructura de los vasos sanguíneos, y también la de las técnicas farmacológicas, pero con un control altamente preciso de las dosis suministradas. Adicionalmente su acción es controlada externamente
Es importante señalar que la designación nanorobot puede conducir a algún tipo de confusión ya que los sistemas a los que le cabe esta denominación no poseen dispositivos electrónicos como los robos convencionales. En general se trata de nano o micro sistemas capaces de generar algún tipo de trabajo mecánico activado externamente típicamente mediante el uso de láseres, campos electricos o magnéticos.
Las nanorobots tienen un radio aproximado de unos 300 nanómetros y son esféricos. La estructura está dada por las nanoesferas de óxido de hierro recubiertas de un caparazón de dióxido de silicio. Luego mediante tratamiento de superfice se logra el anclado de la proteína tPA. Los nanorobots presentan entonces superparamagnetismo, es decir son magnetizables mediante su presentación ante un campo magnético. En este caso se utilizan campos eléctricos oscilantes para el control del enjambre de nanorobots.
Estos sistemas se controlan mediante el desplazamiento del campo magnético externo, de acuerdo a la trayectoria del vaso sanguíneo a tratar. El enjambre nanorobótico se expande o contrae según varia la frecuencia de oscilación del campo magnético. Además de ser capaces de ser ubicados exactamente en el coágulo a disolver, la acción de expansión-contracción y movimiento longitudinal a lo largo del vaso sanguíneo permiten horadar mecánicamente la obstrucción mientras se liberan dosis ajustadas de tPA. Los nanorobots horadan el coágulo. El tiempo de acción de estos nanosistemas es de unos 20 minutos en las pruebas in vitro, y de 30 minutos en las pruebas in vivo.
En el sigueinte video se muestra claramente lo mencionado mas arriba:
Se aprecia claramente la expansión y contracción del enjambre. En la parte dos del video los investigadores demuestran la capacidad de desplazamiento y control del enjambre escribiendo las siglas de la CUHK. Sin dudas los nanorobots saben hacer buena letra. El control magnético de estos sistemas presenta otra ventaja clave para el uso seguro de los mismos en medicina. En general el uso de nanopartículas para aplicaciones biomédicas está en controversia debido a los aspectos de bioseguridad involucrados. En particular si las nanopartículas son de metales pesados. Los efectos adversos dependen de concentraciones umbrales y en términos generales aún se dispone de poca información sobre estos parámetros clave. En nanomedicina sigue siendo válido el criterio general de no realizar un daño mayor al que se quiere remediar.
La capacidad de contraer y desplazar linealmente al enjambre de nanorobots permite su recuperación una vez lograda la disolución del trombo. En este caso es posible soltar a las fieras y, dócilmente, garantizar su retorno. El control mediante campo magnético permite recuperar la casi totalidad de los nanorobots mediante el catéter que los liberó previamente. Este aspecto es remarcable no solo porque permite mitigar los riesgos asociados a la liberación de estas nanopartículas, sino que ademas esto se realiza a contracorriente del flujo sanguíneo. Las tasas de recuperación de los nanosistemas obtenidos en las diversas pruebas realizadas se sitúan por encima del 70% alcanzando máximos superiores al 90% de los nanorobots liberados.
El video del montaje experimental lo dice todo:
De todos los factores involucrados que inciden en la tasa de recuperación de los nanorobots, el que resulta particularmente crítico es la velocidad del flujo sanguíneo. Una mayor velocidad disminuye la eficiencia en la recuperación de los mismos. La velocidad máxima del flujo sanguíneo puede alcanzar los 21 cm/s, en estos casos se utliza el balón de los catéteres para disminuir la velocidad del fluído y aumentar la tasa de recuperación de los sistemas.
Los estudios de biotoxicidad realizados en ejemplares vivos demuestran la seguridad del método no obsrbándose dańo tisular en corazón, bazo, hígado, rińones y pulmones. El deplazamiento controlado de los nanosistemas a lo largo de un vaso sanguíneo permite llegar hasta donde no es posible con los tratamientos de cateterismo convencionales, y lo hacen sin producir daños estructurales.
Los resultados generales obtenidos con las pruebas in vitro, in vivo y ex vivo permiten demostrar la efectividad y eficiencia del método. Las dosis de tPA se reducen hasta 42 veces respecto de los tratamientos farmacológicos convencionales y una eficiencia 20 veces mayor a los tratamientos mecánicos. El proceso toma unos 30 minutos en completarse, demostrando la viabilidad del tratamiento trombolítico mediante enjambres nanorobóticos controlados por campo magnético. Las pruebas in vivo han sido satisfactorias y realizadas en venas femorales y carótidas de modelos biológicos de conejos y ratones. Las pruebas ex vivo en placenta humana, con una estructura vascular similar a la del tejido cerebral abren perspectivas muy positivas para el tratamiento de pacientes humanos en un plazo razonable.
Prueba ex vivo en placenta humana:
Pruebas in vivo en conejos:
Sin dudas estamos en los albores de la llamada nanomedicina. Recién empezamos a ver el potencial y alcance de las técnicas que las nanotecnologías están haciendo posible. El bautismo de fuego sin dudas fue el desarrollo y amplia aplicación de las vacunas de ARN en la pandemia de COVID. El impacto de la nanomedicina promete revolucionar cada técnica y tratar los mas diviersos tipo de patologías mediante posibilidades solo soñadas por la ciencia ficción. Esto no ha hecho mas que comenzar, y es esperable su uso en pacientes vivos en plazos razonables. La nanomedicina es el se vienen cositas de la ciencia, y aquí estamos para relatar estos fabulosos avances.
El artículo aparecido en Science Advances: Ben Wang et al., tPA-anchored nanorobots for in vivo arterial recanalization at submillimeter-scale segments. Sci. Adv.10, eadk8970(2024). DOI:10.1126/sciadv.adk8970.
[Todas las imágenes y videos provienen de la publicación original]
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