Navegar pel cos humà i dirigir un dispositiu diminut fins al lloc exacte on fa falta el tractament, això és el que fan els robots de petita escala. Parlem d’aquesta tecnologia amb l’investigador Salvador Pané, doctor en Química per la Universitat de Barcelona i codirector del Multi-Scale Robotics Lab del Federal Institute of Technology Zurich (ETH Zurich), expert en nanorobòtica i microrobòtica, i qui ha rebut el suport de diverses ajudes del Consell Europeu de Recerca pels seus projectes innovadors. En aquesta conversa, analitza el futur dels nanorobots aplicats a la biomedicina i les fites necessàries per al seu trasllat a la pràctica clínica.
Què són els micro/nanorobots?
Micro i nano faria referència a la mida. Quan una de les dimensions està a l'escala micromètrica, que pot ser el gruix o la llargària, seria un microrobot. I quan és a l'escala nanomètrica, serà un nanorobot. Bàsicament, és un robot a petita escala que té l'habilitat de moure's, de navegar a través d'un fluid, que podria ser un fluid corporal, com per exemple la sang, i ho fa a través d'un estímul extern, que pot ser per exemple un cap magnètic, una ona mecànica com els ultrasons, o la llum. O una combinació d'aquestes.
Què voleu aconseguir amb aquests robots tan petits?
Nosaltres ens dediquem a aplicacions biomèdiques, però aquests robots podrien utilitzar-se per altres aplicacions. Hi ha gent que es dedica a la neteja d'aigües o fer sensors. Aquests microrobots poden arribar a teixits d'una forma mínimament invasiva per difondre els tractaments només en aquella zona.
Quin avantatge té això respecte dels tractaments actuals?
Molts medicaments que es fan servir actualment, per exemple, per tractar un ictus, s'han d'injectar sistèmicament i tenen molts efectes secundaris. O la quimioteràpia, no només afecta el teixit cancerós, sinó que afecta també el teixit sa. El microrobot permet entregar el medicament on es necessita, reduir els efectes sistèmics, també reduir la invasivitat de qualsevol tractament i arribar a zones que són difícils d'accedir.
De fet, el teu grup ha treballat amb molts òrgans diferents: ull, cervell, medul·la espinal...
Sí, perquè en el fons tots comparteixen una lògica similar. Els inicis van ser treballant amb un robot per tractar la degeneració macular amb un projecte que consistia a injectar un tub que pogués detectar-la. El problema és que els tubs de plàstic convencionals, de tipus polímer, no servien per al que volíem fer, així que vam desenvolupar un tub magnètic d'uns 300 micròmetres de diàmetre, que encara fem servir avui per altres processos. Això ens va permetre provar moltíssimes coses: navegació en 3D dins la cambra ocular, seguiment mitjançant microscòpia tomogràfica, i també vam obtenir molta informació sobre biocompatibilitat i histologia. Era, entre cometes, un sistema "fàcil" per començar a testar la microrobòtica. A partir d'aquí vam passar a l'àmbit intramuscular, i després al cervell.
I ara esteu treballant amb la medul·la espinal...
Exacte. L'avantatge de treballar amb medul·la, en comptes de fer-ho directament al cervell, és que no cal travessar la barrera hematoencefàlica. A més, encara que el flux també és complex, no és tan agressiu com el de la sang. Hi ha molta recerca actualment en intentar implantar cèl·lules mare a la medul·la. Però hi ha molts problemes per fer que vagin on volem.
Per què?
Perquè la medul·la és una zona especialment delicada, ja que conté una gran quantitat de teixit nerviós, i qualsevol intervenció pot provocar encara més dany. Els robots a petita escala ens permeten transportar les cèl·lules mare juntament amb partícules magnètiques a través, en aquest cas, del líquid cefalorraquidi. Després, gràcies a l’acció de camps magnètics, podem guiar i posicionar aquests microrobots just a la zona on es troba la lesió medul·lar i evitar manipulacions.
Com hem d'imaginar-nos aquests sistemes de navegació?
Imagineu-nos els jocs de quan érem petits amb peces i imants. Doncs això, però molt més sofisticat, molt més controlat, introduint-hi, per exemple, algoritmes, també IA que ajuda a planificar i programar el moviment d'aquests robots fent canviar el camp magnètic per tal que puguin arribar al punt d’interès.
Com es pot aconseguir que el robot actuï un cop ha arribat al seu destí?
Aquí afegim un altre problema de materials, ja que s’ha d’estudiar exactament quin serà el perfil d'alliberament de fàrmac un cop hagi arribat o quina funció o quina tasca farà el robot un cop hagi arribat. Aquesta és una altra part que s'ha de programar. Nosaltres programem els materials perquè es degradin en un cert temps o pots també induir-los amb una força externa perquè es donin canvis morfològics o d'estructura i així pugui fer la seva funció.
Els materials, per tant, són una peça clau del sistema. Quin és el repte?
Si fas servir partícules magnètiques, aquestes mateixes partícules també es poden escalfar si apliques camps magnètics oscil·lants d’alta freqüència. Això pot ser útil, però també et planteja un altre problema. Imagina’t que tens una càpsula de gelatina: amb la calor, la gelatina es desfà. Pots escalfar-la prou perquè la càpsula es desfaci i alliberi el fàrmac, però què passa si el fàrmac que estàs transportant és sensible a la calor? Molts dels fàrmacs actuals són proteïnes, és a dir, són fàrmacs biològics. Per tant, no vols que l’augment de temperatura acabi degradant o destruint una part d’aquesta medicació. És com una mena de "sudoku de materials" quan aconsegueixes que una cosa funcioni molt bé, potser has de sacrificar-ne una altra. Has de trobar aquell punt d’equilibri en què totes les peces encaixin i tots els materials funcionin alhora.
A banda dels reptes purament tècnics, què ha de passar perquè aquesta tecnologia arribi als hospitals?
Que el metge també l’accepti utilitzar. Que vegi un avantatge i no que sigui un procediment més complicat del que es fa actualment. Per això, és molt important, que quan fem aquesta recerca, establir un diàleg amb els metges perquè vegin que això és un avantatge. I l'altre repte és passar tots els controls de biocompatibilitat i d'ètica que són necessaris per poder implantar a la clínica habitual.
Què heu aconseguit demostrar fins ara?
On hem provat que podem moure aquests robots amb un control exquisit és dins de la vasculatura cerebral del model porcí. Ho hem fet amb uns materials que ja estan preparats per ser implantats. L'últim que vam publicar, que va ser a la revista Science, on vam dissenyar una càpsula de gelatina que té unes partícules magnètiques d'òxid de ferro agrupades amb zinc. Té tàntal, un agent de contrast utilitzat per proves de rajos X, biocompatible i vam poder comprovar com en aquestes càpsules si podíem col·locar prou fàrmac, per exemple, per dissoldre un trombe. Això ho vam fer in vitro.
Quan creus que serà una realitat clínica?
Esperem que aviat. Les coses avancen molt de pressa. Jo mateix no em pensava que veuria robots navegant pel cervell de porcs tan aviat. Cal atrevir-se a provar les coses per comprovar si realment funcionen o no. El que no m'agrada és que em diguin "això és molt difícil, no ho busquis". Sempre ho he obviat. Si algú em diu que una cosa és impossible, encara tinc més ganes de fer-la.
Hi ha alguna aplicació on la microrobòtica sigui, diguem-ne, la solució ideal?
Tot el que siguin tumors inoperables. Quan no es pot fer res més per via quirúrgica, els robots de petita escala poden oferir una alternativa. També és clau per a tractaments amb medicaments molt efectius però massa tòxics per administrar-los de manera sistèmica. Reduir la dosi i portar el fàrmac exactament allà on cal és fonamental, perquè hi ha molts medicaments que es descarten, tot i ser eficaços, perquè acaben afectant altres òrgans. Un exemple clar són alguns tumors cerebrals infantils, com el glioma pontí, que són extremament difícils d'accedir amb les tècniques actuals.
És un camp molt estratègic, la robòtica mèdica? Hi ha molta competència?
Cada cop n'hi ha més gent treballant-hi. Estic orgullós de dir que el nostre model s'ha anat confirmant amb el temps. Aquest model basat en la navegació magnètica combinada amb la nostra part de desenvolupament de materials està donant bons resultats. Molta gent ha intentat copiar aquest model, però sovint només en copien la part dels materials i s'obliden de tota la resta de l'engranatge. És un camp que necessita moltes disciplines alhora: químics, enginyers, físics, biòlegs, metges... Si vols fer-ho bé, necessites un pressupost considerable i un equip bastant ampli.
El finançament europeu està apostant per aquest camp?
Ara mateix m'han donat una Advance Grant. Això és senyal que es tracta d'un camp futurista important i interessant.
Quins objectius persegueixes amb aquest projecte?
Jo treballo amb materials magnetoelèctrics, és a dir, materials que, davant de determinats camps magnètics, generen senyals elèctrics. Així, utilitzant nanopartícules amb un determinat material magnetoelèctric perquè amb el camp magnètic pugui transportar el robot i, quan el canviem, també puguem generar un impuls elèctric. D’aquesta manera, a través d’aquests estímuls físics, podem induir la diferenciació de les neurones i reconnectar la medul·la espinal. Això ens permet evitar l’ús de factors de creixement, que són un fàrmac i, per tant, molt més complicat de controlar, ja que necessita diferents infusions, etc.
Parlem ara de la recerca catalana. Com la veus des de Suïssa?
A veure, la recerca catalana, la que surt en premsa i tot el que es publica està molt bé, però jo sé les dificultats internes que hi ha al darrere també.
Què creus que caldria millorar per retenir els bons investigadors i investigadores?
El programa ICREA està molt bé, però crec que hauria de ser no només el sou de l’investigador, sinó un paquet. Un paquet que evités que l’investigador depengués sempre de si aconsegueix o no finançament per poder continuar. Els programes d’excel·lència ho han de ser tot. A l’ETH, mateix, hi ha dos o tres d’ICREA que van marxar. Potser s’hauria de pensar en com retenir aquesta gent. I a vegades no es tracta de donar uns pressupostos elevadíssims. Quan pensem en pressupost, sempre pensem en diners. Pot ser que tinguin diners per ajudants i tècnics permanents també és important.
Com funciona aquest suport a l'ETH?
A l'ETH cada professor té un pressupost. I d'allà paga el personal, viatges... És un pressupost generós a part dels teus projectes.
La música és una part essencial de la teva vida. Creus que la música i la recerca tenen coses en comú?
Sí, perquè en la recerca, quan has de dissenyar alguna cosa, també has de tenir una mica de creativitat. Tu tens una sèrie d'eines que són per desenvolupar materials, per exemple. Després, has de pensar, has de llegir molt, has d'informar-te molt. També en l'art ho has de fer, o en la música. T'has d'influenciar d'altres fonts per poder fer coses. El meu músic favorit Tom Jobim deia que s'inspirava amb els millors. Si tu no t'inspires en els millors… Què fa aquest científic? Quines són les qüestions de recerca? On vols arribar? Quina és la teva visió de recerca? I quina és la qüestió en concret que vols respondre àmpliament?
La societat tendeix a separar la ciència experimental de les humanitats. Què en penses?
Jo crec que hauria d'haver-hi més cultura científica, en el sentit que tothom pot criticar el Picasso, però no pot dir que he vist aquest documental sobre nanorobots.
Veus diferències entre Catalunya i Suïssa en aquest sentit?
A Suïssa hi ha un interès bastant gran en la cultura científica i en premsa la gent de seguida comenta per a bé o per a mal les notícies de ciència. A més, saben que tenen una de les universitats millors del món, l'ETH, i això ajuda, però tot i que sí que hi ha una certa cultura científica, no és suficient tampoc.
I què hauríem de fer per millorar aquesta cultura científica?
Jo crec que a les escoles caldria explicar no només els conceptes de física i química, sinó també com s’ha arribat a descobrir-los. Sovint seria molt més útil entendre el procés que hi ha darrere d’un experiment o d’un principi científic que no pas limitar-se a memoritzar-ne la llei o la fórmula. Quan comences a estudiar química, per exemple, t’expliquen les lleis dels gasos, però poques vegades t’expliquen com es van formular o quins experiments van permetre arribar-hi. O, si parlem de les càrregues elèctriques positives i negatives, qui va decidir que s’anomenessin així? Com s’hi va arribar? Quins experiments van fer els científics per observar aquests fenòmens i interpretar-los? Crec que explicar aquestes històries, el procés de descoberta, els errors i les preguntes que es van plantejar els científics, ajudaria molt més a entendre els conceptes i, sobretot, a comprendre com funciona la ciència.