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(Noticias de Nanowerk) Un equipo de científicos del departamento de Inteligencia Física del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes ha combinado la robótica con la biología al equipar a la bacteria E. coli con componentes artificiales para construir microrobots biohíbridos (avances científicos«Microrobots bacterianos dirigibles magnéticamente que se mueven en matrices biológicas 3D para la entrega de carga sensible al estímulo»).
Como se muestra en la Figura 1, el equipo adjuntó primero varios nanoliposomas a cada bacteria. Estos portadores esféricos encierran un material (ICG, partículas verdes) en su círculo exterior, que se derrite cuando se irradia con luz infrarroja cercana. Más hacia el centro, dentro del núcleo acuoso, los liposomas encapsulan moléculas de agentes quimioterapéuticos solubles en agua (DOX).
![Biohíbridos bacterianos con nanoliposomas y nanopartículas magnéticas](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61080_1.jpg)
El segundo componente que los investigadores adhirieron a la bacteria son las nanopartículas magnéticas. Cuando se exponen a un campo magnético, las partículas de óxido de hierro sirven como refuerzo superior para este microorganismo que ya tiene una gran movilidad. De esta manera, es más fácil controlar la natación de bacterias: un diseño mejorado para una aplicación in vivo. Mientras tanto, la cuerda que une los liposomas y las partículas magnéticas a la bacteria es un complejo de estreptavidina y biotina muy estable y difícil de romper desarrollado unos años antes (Informes científicos«Motilidad y quimiotaxis de micronadadores impulsados por bacterias fabricados con pantalla de biotina mediada por antígeno 43») y se utiliza en la construcción de microrobots biohíbridos.
Durante las últimas décadas, los científicos han estado buscando formas de aumentar aún más los superpoderes de este microorganismo. Equiparon a las bacterias con componentes adicionales para llevar a cabo la lucha. Sin embargo, agregar componentes artificiales no es una tarea fácil. Están involucradas reacciones químicas complejas y la tasa de densidad de las partículas cargadas en las bacterias es importante para evitar la dilución.
El equipo de Stuttgart ha puesto el listón bastante alto. Consiguieron equipar a 86 de 100 bacterias con liposomas y partículas magnéticas.
Los científicos mostraron cómo lograron dirigir externamente una solución de tan alta densidad a través de varios pasillos. Primero a través de un estrecho canal en forma de L con dos compartimentos en cada extremo, cada uno de los cuales contiene un esferoide tumoral. En segundo lugar, una disposición aún más estrecha que se asemeja a pequeños vasos sanguíneos. Agregaron un imán permanente adicional a un lado y demostraron cómo dirigir con precisión los microrobots cargados de drogas hacia los esferoides tumorales. Y en tercer lugar, yendo un paso más allá, el equipo guió a los microrobots a través de un gel de colágeno viscoso (similar al tejido tumoral) con tres niveles de rigidez y porosidad, que iban de suave a medio a rígido. Cuanto más rígido es el colágeno y más densa la red de hebras de proteínas, más difícil es para las bacterias encontrar un camino a través de la matriz (Figura 2).
![Representación esquemática de microrobots biohíbridos bacterianos guiados magnéticamente a través de entornos fibrosos](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61080_2.jpg)
El equipo demostró que una vez que agregan un campo magnético, las bacterias logran navegar hasta el otro extremo del gel porque las bacterias tenían un poder mayor. Debido a la alineación constante, las bacterias encontraron un camino a través de las fibras.
Una vez que los microrobots se ensamblan en el sitio deseado (el esferoide del tumor), un láser de infrarrojo cercano genera rayos con temperaturas de hasta 55 grados centígrados, lo que desencadena un proceso de fusión del liposoma y la liberación de los fármacos atrapados. Un valor de pH bajo o un ambiente ácido también conducen a la ruptura de los nanoliposomas; por lo tanto, los ingredientes activos se liberan automáticamente en la vecindad de un tumor.
“Imagínese si inyectáramos tales micro-robots basados en bacterias en el cuerpo de un paciente con cáncer. Con un imán, pudimos dirigir las partículas al tumor de manera específica. Tan pronto como suficientes microrobots rodean el tumor, apuntamos un láser al tejido y activamos la liberación del fármaco. Ahora no solo se estimula el sistema inmunitario para que se despierte, sino que los medicamentos adicionales también ayudan a destruir el tumor”, dice Birgül Akolpoglu, Ph.D. Estudiante del Departamento de Inteligencia Física del MPI-IS. Es la primera autora de la publicación del Dr. Yunus Alapan, ex investigador postdoctoral en el Departamento de Inteligencia Física.
«Esta entrega en el punto de atención sería mínimamente invasiva para el paciente, sin dolor, tendría una toxicidad mínima y los medicamentos funcionarían donde se necesitan en lugar de en todo el cuerpo», agrega Alapan.
“Los microrobots biohíbridos basados en bacterias con funcionalidades médicas podrían algún día combatir el cáncer de manera más efectiva. Es un nuevo enfoque terapéutico que no está muy alejado del tratamiento actual contra el cáncer», dice el Prof. Dr. Metin Sitti, Jefe del Departamento de Inteligencia Física y autor principal de la publicación. “El efecto terapéutico de los microrobots médicos en la búsqueda y destrucción de células tumorales podría ser significativo. Nuestro trabajo es un gran ejemplo de investigación básica en beneficio de nuestra sociedad”.
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