Crean micro robots capaces de navegar dentro de grupos de células y estimular células individuales

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Berna Özkale Edelmann, profesora de Nano y Microrobótica en la Universidad Técnica de Múnich (TUM), ve potencial en nuevos tratamientos para enfermedades humanas como el cáncer.

Son redondos, la mitad del grosor de un cabello humano, contienen nanobarras de oro y tinte fluorescente, y están rodeados por un biomaterial obtenido de algas.

Pueden ser impulsados por luz láser para moverse entre las células.

Estos pequeños robots fueron inventados por la profesora Berna Özkale Edelmann.

En concreto, la bioingeniera y directora del Laboratorio de Bioingeniería Microrobótica ha trabajado con su equipo de investigadores en el desarrollo de una plataforma tecnológica para la producción a gran escala de estos vehículos. Actualmente se utilizan in vitro, fuera del cuerpo humano.

Los microrobots TACSI se diferencian de los robots humanoides clásicos o de los brazos robóticos que se ven en las fábricas.

Todo el sistema requiere un microscopio para ampliar los mundos a pequeña escala, una computadora y un láser para controlar los microrobots de 30 micrómetros (μm) controlados por humanos.

Otra particularidad: los robots no sólo pueden calentarse. También indican continuamente su temperatura.

Esto es importante porque, además de la capacidad de encontrar el camino hacia células individuales, también están diseñados para calentar las ubicaciones de células individuales o grupos de células.

TACSI significa Imágenes de señales celulares activadas térmicamente.

En términos simples, se trata de un sistema basado en imágenes que es capaz de calentar células para activarlas.

TACSI es un “taxi” en todos los sentidos de la palabra: en el futuro, el pequeño robot “conducirá” directamente al lugar donde los investigadores quieran estudiar los procesos celulares.

“Por primera vez a nivel mundial, hemos desarrollado un sistema que no solo permite a los microrobots navegar a través de grupos de células.

Incluso puede estimular células individuales mediante cambios de temperatura”, afirma el profesor Özkale Edelmann.

La producción de microbots se basa en chips de microfluidos que modelan el proceso de fabricación.

El biomaterial se inyecta a través de un canal en el lado izquierdo del chip.

Luego se añade un aceite con componentes específicos desde arriba y desde abajo a través de canales de 15 a 60 µm.

Los robots terminados aparecen a la derecha.

En el caso del microbot TACSI se añaden los siguientes componentes:

–Un tinte fluorescente: en este caso se utiliza el tinte naranja rodamina B que pierde intensidad de color al aumentar la temperatura. Esto convierte al microrobot en un termómetro eficaz para el observador.

-Nanobarras de oro: las varillas de metales preciosos de 25 a 90 nanómetros (nm) tienen la propiedad de calentarse rápidamente (y enfriarse nuevamente) cuando se bombardean con luz láser.

Sólo se necesitan unos microsegundos para aumentar la temperatura del robot en 5°C.

Las nanobarras se pueden calentar hasta 60°C.

Mediante el proceso automático de equilibrio de temperatura de las nanobarras (conocido como convección), los robots se ponen en movimiento a una velocidad máxima de 65 µm por segundo.

“Esto permite fabricar hasta 10.000 microrobots en una sola producción“, explica Philipp Harder, miembro del equipo de investigación.

A veces, pequeños cambios de temperatura son suficientes para influir en los procesos celulares.

“Cuando la piel se lesiona, por ejemplo a causa de un corte, la temperatura corporal aumenta ligeramente, lo que activa el sistema inmunológico“, explica el profesor Özkale Edelmann.

Quiere saber más sobre si esta estimulación térmica se puede utilizar para curar heridas.

También faltan investigaciones sobre si las células cancerosas se vuelven más agresivas cuando se estimulan.

Los estudios actuales muestran que las células cancerosas mueren a altas temperaturas (60°C).

Este efecto también se puede utilizar para tratar la arritmia cardíaca y la depresión.

Los investigadores del equipo del Prof. Özkale Edelmann utilizaron células renales para demostrar que se pueden influir en los canales iónicos celulares.

Para ello, dirigieron los microrobots TACSI hacia las células.

“Usamos el láser infrarrojo para elevar la temperatura. Para medir el aumento, medimos la intensidad del colorante rodamina B”, explica Philipp Harder.

El equipo observó que los canales iónicos de las células se abrían a determinadas temperaturas, por ejemplo para permitir la entrada de calcio en la célula.

“Con este ejemplo concreto hemos demostrado que el calor provoca cambios en la célula, incluso con ligeros aumentos de temperatura“, afirma el profesor Özkale Edelmann.

Espera que futuras investigaciones indiquen el camino hacia nuevos tratamientos, permitiendo, por ejemplo, canalizar fármacos hacia células individuales.

Fuente: Advanced Healthcare Materials