Navegar por el cuerpo humano y dirigir un dispositivo diminuto hasta el lugar exacto donde hace falta el tratamiento; esto es lo que hacen los robots de pequeña escala. Hablamos de esta tecnología con el investigador Salvador Pané, doctor en Química por la Universitat de Barcelona y codirector del Multi-Scale Robotics Lab del Federal Institute of Technology Zurich (ETH Zurich), experto en nanorrobótica y microrrobótica, y quien ha recibido el apoyo de diversas ayudas del Consejo Europeo de Investigación por sus proyectos innovadores. En esta conversación, analiza el futuro de los nanorrobots aplicados a la biomedicina y los hitos necesarios para su traslado a la práctica clínica.
¿Qué son los micro/nanorrobots?
Micro y nano harían referencia al tamaño. Cuando una de las dimensiones está a la escala micrométrica, que puede ser el grosor o la longitud, sería un microrrobot. Y cuando es a la escala nanométrica, será un nanorrobot. Básicamente, es un robot a pequeña escala que tiene la habilidad de moverse, de navegar a través de un fluido, que podría ser un fluido corporal, como por ejemplo la sangre, y lo hace a través de un estímulo externo, que puede ser, por ejemplo, un campo magnético, una onda mecánica como los ultrasonidos o la luz. O una combinación de estas.
¿Qué quieren conseguir con estos robots tan pequeños?
Nosotros nos dedicamos a aplicaciones biomédicas, pero estos robots podrían utilizarse para otras aplicaciones. Hay gente que se dedica a la limpieza de aguas o a hacer sensores. Estos microrrobots pueden llegar a tejidos de una forma mínimamente invasiva para difundir los tratamientos solo en aquella zona.
¿Qué ventaja tiene esto respecto a los tratamientos actuales?
Muchos medicamentos que se usan actualmente, por ejemplo, para tratar un ictus, se tienen que inyectar sistémicamente y tienen muchos efectos secundarios. O la quimioterapia, no solo afecta el tejido canceroso, sino que afecta también el tejido sano. El microrrobot permite entregar el medicamento donde se necesita, reducir los efectos sistémicos, también reducir la invasividad de cualquier tratamiento y llegar a zonas que son difíciles de acceder.
De hecho, tu grupo ha trabajado con muchos órganos diferentes: ojo, cerebro, médula espinal...
Sí, porque en el fondo todos comparten una lógica similar. Los inicios fueron trabajando con un robot para tratar la degeneración macular con un proyecto que consistía en inyectar un tubo que pudiera detectarla. El problema es que los tubos de plástico convencionales, de tipo polímero, no servían para lo que queríamos hacer, así que desarrollamos un tubo magnético de unos 300 micrómetros de diámetro, que todavía usamos hoy para otros procesos. Esto nos permitió probar muchísimas cosas: navegación en 3D dentro de la cámara ocular, seguimiento mediante microscopía tomográfica, y también obtuvimos mucha información sobre biocompatibilidad e histología. Era, entre comillas, un sistema "fácil" para empezar a testar la microrrobótica. A partir de aquí pasamos al ámbito intramuscular, y después al cerebro.
Y ahora estáis trabajando con la médula espinal...
Exacto. La ventaja de trabajar con médula, en vez de hacerlo directamente en el cerebro, es que no hay que atravesar la barrera hematoencefálica. Además, aunque el flujo también es complejo, no es tan agresivo como el de la sangre. Hay mucha investigación actualmente en intentar implantar células madre en la médula. Pero hay muchos problemas para hacer que vayan donde queremos.
¿Por qué?
Porque la médula es una zona especialmente delicada, ya que contiene una gran cantidad de tejido nervioso, y cualquier intervención puede provocar todavía más daño. Los robots a pequeña escala nos permiten transportar las células madre junto con partículas magnéticas a través, en este caso, del líquido cefalorraquídeo. Después, gracias a la acción de campos magnéticos, podemos guiar y posicionar estos microrrobots justo en la zona donde se encuentra la lesión medular y evitar manipulaciones.
¿Cómo debemos imaginarnos estos sistemas de navegación?
Imaginémonos los juegos de cuando éramos pequeños con piezas e imanes. Pues eso, pero mucho más sofisticado, mucho más controlado, introduciendo, por ejemplo, algoritmos, también IA que ayuda a planificar y programar el movimiento de estos robots, haciendo cambiar el campo magnético para que puedan llegar al punto de interés.
¿Cómo se puede conseguir que el robot actúe una vez que ha llegado a su destino?
Aquí añadimos otro problema de materiales, ya que se tiene que estudiar exactamente cuál será el perfil de liberación de fármaco una vez que haya llegado o qué función o qué tarea hará el robot una vez haya llegado. Esta es otra parte que se tiene que programar. Nosotros programamos los materiales para que se degraden en un cierto tiempo o puedes también inducirlos con una fuerza externa para que se den cambios morfológicos o de estructura y así pueda hacer su función.
Los materiales, por lo tanto, son una pieza clave del sistema. ¿Cuál es el reto?
Si usas partículas magnéticas, estas mismas partículas también se pueden calentar si aplicas campos magnéticos oscilantes de alta frecuencia. Esto puede ser útil, pero también te plantea otro problema. Imagínate que tienes una cápsula de gelatina: con el calor, la gelatina se deshace. Puedes calentarla lo suficiente para que la cápsula se deshaga y libere el fármaco, pero ¿qué pasa si el fármaco que estás transportando es sensible al calor? Muchos de los fármacos actuales son proteínas, es decir, son fármacos biológicos. Por lo tanto, no quieres que el aumento de temperatura acabe degradando o destruyendo una parte de esta medicación. Es como una especie de "sudoku de materiales": cuando consigues que una cosa funcione muy bien, quizás tienes que sacrificar otra. Tienes que encontrar aquel punto de equilibrio en que todas las piezas encajen y todos los materiales funcionen a la vez.
Aparte de los retos puramente técnicos, ¿qué tiene que pasar para que esta tecnología llegue a los hospitales?
Que el médico también la acepte utilizar. Que vea una ventaja y no que sea un procedimiento más complicado de lo que se hace actualmente. Por eso, es muy importante que, cuando hacemos esta investigación, establezcamos un diálogo con los médicos para que vean que esto es una ventaja. Y el otro reto es pasar todos los controles de biocompatibilidad y de ética que son necesarios para poder implantar en la clínica habitual.
¿Qué ha logrado demostrar hasta ahora?
Donde hemos probado que podemos mover estos robots con un control exquisito es dentro de la vasculatura cerebral del modelo porcino. Lo hemos hecho con unos materiales que ya están preparados para ser implantados. Lo último que publicamos, que fue en la revista Science, donde diseñamos una cápsula de gelatina que tiene unas partículas magnéticas de óxido de hierro agrupadas con zinc. Tiene tantalio, un agente de contraste utilizado para pruebas de rayos X, biocompatible, y pudimos comprobar cómo en estas cápsulas sí podíamos colocar suficiente fármaco, por ejemplo, para disolver un trombo. Esto lo hicimos in vitro.
¿Cuándo cree que será una realidad clínica?
Esperamos que pronto. Las cosas avanzan muy deprisa. Yo mismo no me pensaba que vería robots navegando por el cerebro de cerdos tan pronto. Hay que atreverse a probar las cosas para comprobar si realmente funcionan o no. Lo que no me gusta es que me digan "esto es muy difícil, no lo busques". Siempre lo he obviado. Si alguien me dice que algo es imposible, todavía tengo más ganas de hacerlo.
¿Hay alguna aplicación donde la microrrobótica sea, digámoslo así, la solución ideal?
Todo lo que sean tumores inoperables. Cuando no se puede hacer nada más por vía quirúrgica, los robots de pequeña escala pueden ofrecer una alternativa. También es clave para tratamientos con medicamentos muy efectivos, pero demasiado tóxicos para administrarlos de manera sistémica. Reducir la dosis y llevar el fármaco exactamente allí donde es necesario es fundamental, porque hay muchos medicamentos que se descartan, a pesar de ser eficaces, porque acaban afectando a otros órganos. Un ejemplo claro son algunos tumores cerebrales infantiles, como el glioma pontino, que son extremadamente difíciles de acceder con las técnicas actuales.
¿Es un campo muy estratégico, la robótica médica? ¿Hay mucha competencia?
Cada vez hay más gente trabajando en ello. Estoy orgulloso de decir que nuestro modelo se ha ido confirmando con el tiempo. Este modelo basado en la navegación magnética combinada con nuestra parte de desarrollo de materiales está dando buenos resultados. Mucha gente ha intentado copiar este modelo, pero a menudo solo copian la parte de los materiales y se olvidan de todo el resto del engranaje. Es un campo que necesita muchas disciplinas a la vez: químicos, ingenieros, físicos, biólogos, médicos... Si quieres hacerlo bien, necesitas un presupuesto considerable y un equipo bastante amplio.
¿La financiación europea está apostando por este campo?
Ahora mismo me han dado una Advance Grant. Esto es señal de que se trata de un campo futurista importante e interesante.
¿Qué objetivos persigues con este proyecto?
Yo trabajo con materiales magnetoeléctricos, es decir, materiales que, ante determinados campos magnéticos, generan señales eléctricas. Así, utilizando nanopartículas con un determinado material magnetoeléctrico para que con el campo magnético pueda transportar el robot y, cuando lo cambiemos, también podamos generar un impulso eléctrico. De esta manera, a través de estos estímulos físicos, podemos inducir la diferenciación de las neuronas y reconectar la médula espinal. Esto nos permite evitar el uso de factores de crecimiento, que son un fármaco y, por lo tanto, mucho más complicado de controlar, ya que necesita diferentes infusiones, etc.
Hablemos ahora de la investigación catalana. ¿Cómo la ves desde Suiza?
A ver, la investigación catalana, la que sale en prensa y todo lo que se publica está muy bien, pero yo sé las dificultades internas que hay detrás también.
¿Qué crees que habría que mejorar para retener a los buenos investigadores e investigadoras?
El programa ICREA está muy bien, pero creo que debería ser no solo el sueldo del investigador, sino un paquete. Un paquete que evitará que el investigador dependa siempre de si consigue o no financiación para poder continuar. Los programas de excelencia lo tienen que ser todo. En el ETH, mismo, hay dos o tres de ICREA que se marcharon. Quizás se debería pensar en cómo retener a esta gente. Y a veces no se trata de dar unos presupuestos elevadísimos. Cuando pensamos en presupuesto, siempre pensamos en dinero. Puede ser que tengan dinero para ayudantes y técnicos permanentes; también es importante.
¿Cómo funciona este apoyo en el ETH?
En el ETH, cada profesor tiene un presupuesto. Y de ahí paga el personal, viajes... Es un presupuesto generoso aparte de tus proyectos.
La música es una parte esencial de tu vida. ¿Crees que la música y la investigación tienen cosas en común?
Sí, porque en la investigación, cuando tienes que diseñar algo, también tienes que tener un poco de creatividad. Tú tienes una serie de herramientas que son para desarrollar materiales, por ejemplo. Después, tienes que pensar, tienes que leer mucho, tienes que informarte mucho. También en el arte lo tienes que hacer, o en la música. Te tienes que influenciar de otras fuentes para poder hacer cosas. Mi músico favorito, Tom Jobim, decía que se inspiraba con los mejores. Si tú no te inspiras en los mejores… ¿Qué hace este científico? ¿Cuáles son las cuestiones de investigación? ¿Adónde quieres llegar? ¿Cuál es tu visión de investigación? ¿Y cuál es la cuestión en concreto que quieres responder ampliamente?
La sociedad tiende a separar la ciencia experimental de las humanidades. ¿Qué piensas?
Yo creo que debería haber más cultura científica, en el sentido de que todo el mundo puede criticar a Picasso, pero no puede decir que he visto este documental sobre nanorobots.
¿Ves diferencias entre Catalunya y Suiza en este sentido?
En Suiza hay un interés bastante grande en la cultura científica y en prensa la gente enseguida comenta, para bien o para mal, las noticias de ciencia. Además, saben que tienen una de las universidades mejores del mundo, la ETH, y eso ayuda, pero aunque sí que hay una cierta cultura científica, no es suficiente tampoco.
¿Y qué deberíamos hacer para mejorar esta cultura científica?
Yo creo que en las escuelas habría que explicar no solo los conceptos de física y química, sino también cómo se ha llegado a descubrirlos. A menudo sería mucho más útil entender el proceso que hay detrás de un experimento o de un principio científico que no limitarse a memorizar la ley o la fórmula. Cuando empiezas a estudiar química, por ejemplo, te explican las leyes de los gases, pero pocas veces te explican cómo se formularon o qué experimentos permitieron llegar a ellas. O, si hablamos de las cargas eléctricas positivas y negativas, ¿quién decidió que se llamaran así? ¿Cómo se llegó a ello? ¿Qué experimentos hicieron los científicos para observar estos fenómenos e interpretarlos? Creo que explicar estas historias, el proceso de descubrimiento, los errores y las preguntas que se plantearon los científicos, ayudaría mucho más a entender los conceptos y, sobre todo, a comprender cómo funciona la ciencia.