Traspasando la barrera hematoencefálica

La última milla, los drones, la distribución no contaminante… la innovación en lo que consideramos la entrega ha revolucionado el comercio, pero ahora otra revolución en la entrega va a ser inminente: la de los microbots que llevan fármacos a donde son necesarios, con una novedad: ¡son capaces de superar la barrera hematoencefálica!

Diminutos robots pueden introducir fármacos en los tumores cerebrales

Un equipo de investigación de China diseñó un nuevo tipo de microrrobot biohíbrido que utiliza ingeniosos disfraces biológicos para acercarse al origen de la enfermedad en el cuerpo con el fin de proporcionar el tratamiento más específico (y eficaz). 

¿El objetivo elegido? Los epicentros de enfermedades difíciles de tratar, como los tumores cerebrales. 

Lo novedoso

Los microbots no son algo nuevo, ya existen algunos capaces de disfrazarse de bacteria o de utilizar imanes para desplazarse por el torrente sanguíneo. Sin embargo, lo realmente novedoso de este diseño es que puede atravesar una de las barreras biológicas más infranqueables: la barrera hematoencefálica (BBB).

Esta barrera está diseñada para mantener los patógenos fuera del encéfalo, dejando eso sí pasar los nutrientes. Históricamente ha sido muy difícil que los microrrobots, fácilmente reconocibles por el organismo como invasores, pasasen esta última línea de defensa para acercarse a, por ejemplo, tumores cerebrales. El autor de este estudio, Zhiguang Wu, profesor del Instituto Tecnológico de Harbin especializado en nanotecnología, afirma que los nuevos microrrobots pueden superar los obstáculos que las líneas de tratamiento médico actuales no pueden.

Este diseño puede atravesar una de las barreras biológicas más infranqueables: la barrera hematoencefálica (BBB)

"Esta difusión pasiva adolece de un largo tiempo de difusión, ineficacia y bloqueo de las barreras biológicas, lo que podría dar lugar a fuertes efectos secundarios", explica Wu a Inverse. "Los micro/nanorobots nadadores, capaces de navegar hasta los tejidos de difícil acceso utilizando su propulsión activa, encierran considerables expectativas para cargar diversos fármacos y nadar activamente hacia los lugares enfermos para el transporte selectivo de medicamentos".

Por qué es importante

Cuando se trata de combatir el cáncer, cuanto más específico sea el tratamiento, mejor. Esto es especialmente cierto cuando se trata de glioblastomas, o tumores cerebrales. Debido a su delicada ubicación en el cerebro y a la fuerte defensa de la BBB, el tratamiento farmacológico puede ser difícil, y la extirpación del tumor puede requerir una peligrosa cirugía cerebral. Incluso entonces, a menudo solo se puede extirpar el 90% del tumor.

El uso de microrrobots autopropulsados que suministran fármacos como estos podría abrir una puerta a los científicos para acercarse aún más al tratamiento de los tumores de lo que permitían hasta ahora las píldoras o las inyecciones, todo ello con una invasión mínima. 

Antecedentes 

Los anteriores microbots se inspiraron en la forma en que un microbio o un espermatozoide se mueven por el cuerpo. Se han utilizado la luz, la acústica y los campos magnéticos para impulsarlos a lo largo del cuerpo de un animal. De este modo, se puede realizar una amplia gama de tareas biomédicas, como cortar la membrana de una célula, retener los fármacos administrados en el tracto gastrointestinal y administrar fármacos a través de un gotero.

Para desplazar sus neutrobots por el cuerpo, el equipo utilizó un campo magnético giratorio para impulsar los robots a través del torrente sanguíneo del ratón. Zhang et al., Sci Robot. 6, eaaz9519 (2021)

Pero aunque los investigadores tienen más control sobre el movimiento de estos microrrobots que sobre los fármacos típicos en el cuerpo, la mayoría de los diseños de microrrobots siguen enfrentándose a un gran obstáculo: el sistema inmunitario del cuerpo.

La BBB es una de las líneas de defensa más duras del organismo. Como una almena de piedra que rodea un castillo, la BBB es una capa de defensa increíblemente selectiva y semipermeable que permite que los nutrientes, como el oxígeno o incluso las moléculas de cafeína, fluyan hacia el cerebro mientras mantiene a los patógenos fuera.

Un microrrobot camuflado biológicamente, cual caballo de Troya, fue capaz de burlar los sistemas de defensa de la BBB

Para burlar los sistemas de defensa de la BBB, el equipo se propuso diseñar un microrrobot similar a un caballo de Troya que se basara en un camuflaje biológico para atravesar la barrera sin ser detectado.

Lo que hicieron

Para disfrazar sus microrrobots, el equipo adoptó un triple enfoque:

1. Crear un nanogel magnético cargado de fármacos para que actúe como base de su microrrobot de entrega de fármacos.
2. Recubrir su nanogel-bot con una membrana de E. coli para que parezca una amenaza extranjera especialmente peligrosa.
3. Exponer su nanogel recubierto a un neutrófilo –un tipo de glóbulo blanco que combate las infecciones– para que su microbot fuera engullido y se escondiera dentro de las filas enemigas.

Y voilá, el microbot disfrazado de E. coli, disfrazado de neutrófilo había nacido. Apropiadamente, el equipo lo bautizó como "neutrobot".

Para comprobar el rendimiento real de estos neutrobots, el equipo utilizó un modelo de tumor cerebral de ratón. Se cargaron los nanogeles con el fármaco oncológico paclitaxel y se inyectó todo el artilugio neutrobot en el ratón a través de su cola.

Para comprobar el rendimiento real de estos neutrobots, el equipo utilizó un modelo de tumor cerebral de ratón

Para controlar el movimiento de los neutrobots, se alojó al ratón dentro de un campo magnético giratorio.

“Combinando las capacidades de seguimiento de la posición en tiempo real, planificación de la trayectoria autónoma y retroalimentación basada en la visión, nuestro sistema permite la auto-navegación de los neutrobots a lo largo de una trayectoria programada", escriben los autores.

En sus ensayos, el equipo informa de que sus neutrobots fueron capaces de navegar con éxito e incluso atravesar la BBB del ratón para alcanzar y administrar fármacos a sus tumores cerebrales.

Lo que sigue 

Pero a pesar de estos éxitos, aún queda mucho por hacer antes de que este tratamiento pueda utilizarse también en humanos. 

Uno de los problemas que todavía hay que superar, explican los autores, es cómo vigilar mejor a los neutrobots individuales a medida que avanzan por el cuerpo. En la actualidad, la resonancia magnética y las imágenes de fluorescencia pueden seguir a grupos de neutrófilos en movimiento, pero no a individuos.

A pesar de estos éxitos, aún queda mucho por hacer antes de que este tratamiento pueda utilizarse también en humanos

En el futuro, trabajar para mejorar los sistemas de imagen en tiempo real dentro del cuerpo será esencial para perfeccionar el movimiento dinámico de estos robots que atacan los tumores, escriben los autores.

"Nuestra investigación ha verificado que el tratamiento de los neutrobots puede prolongar el tiempo de supervivencia de los ratones portadores de gliomas", afirma Wu. "Así que puede que no falte mucho para trasladar las historias de micro/nanorobots de la ciencia ficción a la realidad".

Fuente: Inverse.

Composición imagen de apertura: Cassi Josh on Unsplash y Gordon Johnson en Pixabay. 

Publicado en marzo de 2021.