Robots biológicos miniatura controlados de forma remota podrían usarse para detección de biomarcadores de enfermedades y cirugía mínimamente invasiva

Un equipo de investigadores ha desarrollado robots biológicos en miniatura controlados de forma remota que podrían encontrar aplicaciones potenciales en la medicina, como la cirugía mínimamente invasiva o la detección de cáncer en el cuerpo humano.

Los “eBiobots” híbridos son los primeros en combinar materiales blandos, músculo vivo y microelectrónica, según investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign (Champaign, IL, EUA), la Universidad Northwestern (Evanston, IL, EUA) e instituciones colaboradoras. Han descrito sus máquinas biológicas a escala centimétrica en la revista Science Robotics .

Imagen: Los eBiobots son las primeras máquinas biohibridas inalámbricas, que combinan tejido biológico, microelectrónica y polímeros blandos impresos en 3D (Fotografía cortesía de Yongdeok Kim)

Investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign habían desarrollado previamente biobots, que son pequeños robots biológicos alimentados por tejido muscular de ratón desarrollado en un esqueleto de polímero suave impreso en 3D. En 2012, el equipo había demostrado biobots andantes. En 2016, también demostraron biobots activados por luz que proporcionaron cierto control a los investigadores. Sin embargo, la incapacidad de entregar los pulsos de luz a los biobots fuera de un entorno de laboratorio limitó sus aplicaciones prácticas. Esta vez, los investigadores de la Universidad Northwestern ayudaron a integrar diminutos microelectrónicos inalámbricos y micro-LED sin batería, lo que les permitió controlar de forma remota los eBiobots.

Con el objetivo de proporcionar libertad de movimiento a los biobots para hacerlos aptos para aplicaciones prácticas, los investigadores se centraron en eliminar las voluminosas baterías y los cables de amarre. Los eBiobots usan una bobina receptora para recolectar energía y proporcionar un voltaje de salida regulado para alimentar los micro-LED. Los investigadores pueden enviar una señal inalámbrica a los eBiobots que hace que los LED parpadeen. Los LED estimulan la contracción del músculo sensible a la luz, moviendo las patas de polímero para que las máquinas puedan "caminar". Los micro-LED están tan enfocados que pueden activar partes específicas del músculo, haciendo que el eBiobot gire en la dirección deseada.

Usando modelos computacionales, los investigadores optimizaron el diseño del eBiobot e integraron los componentes para robustez, velocidad y maniobrabilidad. El diseño iterativo y la impresión 3D aditiva de los andamios permitieron ciclos rápidos de experimentos y mejoras en el desempeño, según los investigadores. El diseño ofrece potencial para la integración futura de microelectrónica adicional, como sensores químicos y biológicos, o piezas de andamiaje impresas en 3D para funciones como empujar o transportar cosas que los biobots pueden encontrar. La integración de sensores electrónicos o neuronas biológicas podría permitir que los eBiobots detecten y respondan a biomarcadores de enfermedades, entre otras posibilidades.

“La integración de la microelectrónica permite la fusión del mundo biológico y el mundo de la electrónica, ambos con muchas ventajas propias, para producir ahora estos biobots electrónicos y máquinas que podrían ser útiles para muchas aplicaciones médicas, de detección y ambientales en el futuro”, dijo el co-líder del estudio Rashid Bashir, profesor de bioingeniería de Illinois y decano de la Facultad de Ingeniería de Grainger.

"Al desarrollar el primer robot bioelectrónico híbrido, estamos abriendo la puerta a un nuevo paradigma de aplicaciones para la innovación en el cuidado de la salud, como biopsias y análisis in situ, cirugía mínimamente invasiva o incluso detección de cáncer dentro del cuerpo humano", dijo el coautor Zhengwei Li, profesor asistente de ingeniería biomédica en la Universidad de Houston.

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Universidad de Illinois Urbana-Champaign  
Universidad Northwestern