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Nanorrobots con ADN magnético para reparar el daño dorsal

El químico español Salvador Pané i Vidal rediseña la estructura de los materiales ferromagnéticos para guiar su camino por el interior del cuerpo

05 FEB. 2020
9 minutos
El químico español Salvador Pané i Vidal. / INNOVADORES

Salvador Pané i Vidal es un enamorado de la química. Animado por la visión más romántica de esta ciencia, aquella que en el siglo XVII buscaba descifrar la composición de la materia, se embarcó en una aventura que le llevó hasta la Universidad ETH de Zúrich. Curiosamente, allí trabaja en uno de los grupos de investigación más avanzados de microrrobots del mundo. ¿Cuál es su vínculo con la química? Las propiedades magnéticas de los metales capaces de mover estos dispositivos hasta por el interior del cuerpo humano

Tras licenciarse en la Universidad de Barcelona, la electroquímica se planteó como una oportunidad. La transformación entre la energía eléctrica y la química presentaba un futuro apasionante. Así comenzó el doctorado en esta especialidad y, cuando ya estaba terminando, tuvo la posibilidad de hacer una estancia de seis meses en el extranjero. Se encontró con el dilema de elegir y los microrrobots llegaron a su vida "por casualidad". Conoció el trabajo del reconocido investigador Bradley Nelson, que "también hacía algo de electrodeposición". "Pensé que podría aplicar mis conocimientos de fabricación de materiales magnéticos con sus microrrobots", comenta a INNOVADORES. Y así llegó a Suiza, donde desde entonces, ha desarrollado toda su carrera.  

A grandes rasgos, Pané i Vidal desarrolla nuevos materiales orientados a la micro y la nanorrobótica. Estos pequeños dispositivos pueden ser controlados magnéticamente (o de otras formas) y, una vez implantados en el cuerpo, pueden ser guiados hasta llegar a su destino, donde liberan un fármaco o transportan células madre. El investigador español se centra en que estos materiales "tengan la capacidad de generar un campo eléctrico local y puedan estimular circuitos neuronales". 

Los robots del grupo de Pané i Vidal son famosos mundialmente gracias a su singular forma de desplazarse basada en el llamado ‘teorema de la vieira’. "Simulamos las colas de las bacterias que, para moverse, rotan la flagela de forma helicoidal", describe. Su equipo crea estructuras que reproducen este movimiento, aunque también se inspiran en los espermatozoides que se mueven agitando su flagela (como si fueran una onda propagándose). Todo ello es posible gracias al uso de campos magnéticos. El investigador rediseña las estructuras de materiales ferromagnéticos para dotarlos de esa "locomoción específica". 

Ahora está trabajando con un tipo de materiales magnéticos que también pueden generar campos eléctricos: los multiferroicos, en concreto, los magnetoeléctricos. "Con un campo magnético, se polarizan eléctricamente", indica. "En la naturaleza, la vida se basa en la electricidad», comenta. «Parte de las funciones fisiológicas de las membranas de las células se produce por electricidad". El objetivo del químico español es electroestimular estas células para que proliferen más o para que se diferencien. ¿Con qué propósito? Una de las líneas de trabajo de Pané i Vidal es la reparación de lesiones en la espina dorsal, un daño que a día de hoy es irreversible. 

El investigador busca que los robots formados por estos materiales, que permiten generar un campo eléctrico de forma inalámbrica, se puedan insertar en líquido cerebroespinal. "Queremos situarlos donde existe una lesión con la intención de reparar el circuito dañado". La idea es transportarlos con los campos magnéticos, anclarlos en la zona donde está el problema y generar campos magnéticos que permitan la polarización eléctrica en ese punto. 

¿Los retos? Muchos. Por un lado, el propio diseño del robot, que debe estar formado por materiales biodegradables y que no causen efectos adversos. Por otro, su movimiento por el líquido cerebroespinal. "Es como un bosque lleno de árboles", compara. Pero su equipo ya ha dado un paso de gigante. "Hemos descubierto cómo simular el movimiento por el líquido y hacerlo de forma efectiva". El siguiente paso es encontrar modelos in vitro de tejidos, si es prometedor, se pasa a roedores, de ahí animales más grandes y, finalmente, a humanos. "En 10 años, me gustaría ver que un roedor con la espina dorsal dañada pueda volver a caminar gracias a mis robots". 

Pané i Vidal confía en el futuro de los micro y nanorrobots en la salud humana, pero advierte que el camino será "lento". "No sucederá en un par de años». Comenta que existe cierta confusión porque hay quien "a todo lo que se mueve a micro y nanoescala le llama robot". "Pero robot es el que usa los principios de la robótica para moverse o realizar las tareas para las que está programado", afirma.

Los desafíos aún son muchos: "Si queremos mover el robot en contra del flujo sanguíneo, necesitamos generar la fuerza suficiente; que el robot llegue a puerto sin perder ninguna de las partes ni sufra daños; que no libere componentes tóxicos y, si lo hace, que sea mínimo; poder observar el robot dentro del cuerpo...". Para todo ello, el investigador catalán confía en las posibilidades del uso de campos magnéticos. 

Robots con forma de esperma Otro de los desarrollos de Pané i Vidal en ETH Zúrich consiste en un pequeño robot que tiene la capacidad de moverse "como el esperma". "Pero la cola se polariza eléctricamente", especifica. Está formada por materiales piezoeléctricos, de forma que cuando se produce un estrés mecánico, se genera una polarización eléctrica. "La recubrimos con un fármaco y es capaz de liberarlo".