Robótica
La liberación dirigida de fármacos se acerca a la realización con los últimos Bubble-Bots
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La robótica se está volviendo cada vez más popular con cada año que pasa, ya que la demanda de soluciones eficientes y rentables aumenta.
Con la tecnología robótica ofreciendo conveniencia y mayor seguridad, y la integración de inteligencia artificial y aprendizaje automático, que permiten capacidades robóticas más avanzadas, no es sorprendente que se espere que el mercado global de robótica $200 mil millones para finales de esta década.
Otra evidencia del creciente uso de la robótica es la instalación global de robots industriales, que alcanzó 541,302 en 2023, la segunda mayor instalación anual en la historia. El récord se estableció el año anterior cuando se instalaron 552,946 unidades.
Con eso, el número total de robots operativos ha alcanzado un nuevo máximo de alrededor de 4,3 millones de unidades en todo el mundo, con Asia liderando este crecimiento con un 70%, seguida de Europa con un 17% y luego América con un 10%. En cuanto a la fabricación de robots, Japón lidera, representando el 46% del mercado.
Según la Federación Internacional de Robótica (IFR), el crecimiento de la robótica se acelerará en 2025 y continuará a este ritmo en los años venideros.
Ahora, en cuanto a las industrias que impulsan la expansión masiva de la robótica, el sector automotriz lidera, con la electrónica, el metal y la maquinaria, la gestión de residuos, la agricultura, el comercio minorista, la construcción y los servicios de alimentos como otros sectores que utilizan robots.
Robots en el cuidado de la salud
Mientras los robots están siendo utilizados across industries, there is one sector where it has a far greater and more positive impact, and that’s medicine. The global medical robotic systems market is actually fast-growing, and it is estimated that its size will increase from $16 billion in 2024 to $33.8 billion by 2029.
Los robots están siendo utilizados in all areas of healthcare, from supplying medications and assisting in rehabilitation to helping with diagnostics, surgery, and drug delivery.
Por ejemplo, los brazos robóticos se utilizan for mixing, dispensing, counting, and inspecting, while programmed supply robots are used to deliver items to specific locations.
Estos robots móviles autónomos están simplificando las tareas rutinarias para los profesionales de la salud al reducir las exigencias físicas sobre los trabajadores humanos y abordar la escasez de personal. Incluso llevan el control del inventario y se aseguran de que todos los suministros estén siempre disponibles cuando se necesiten, además de desinfectar las salas y prepararlas para los pacientes.
Al asumir todas estas tareas rutinarias, los robots móviles autónomos permiten al personal médico centrarse en los pacientes y sus necesidades específicas que la tecnología no puede cubrir. El robot llamado Tug de Aethon es un ejemplo de ello, ya que tiene la capacidad de moverse a través de condiciones desafiantes para realizar entregas seguras donde y cuando se necesiten.
Estos robots también ayudan a crear un entorno de trabajo seguro al encargarse de las tareas de limpieza, desinfección y transporte de suministros a hospitales y regiones donde existe riesgo de exposición a patógenos.
Según los CDC, aproximadamente uno de cada 31 pacientes hospitalizados tiene al menos una infección asociada a la atención médica en un día determinado. Esto es debido a la incapacidad de los hospitales para desinfectar completamente las habitaciones. Para ayudar a abordar estos problemas, robots automáticos como el Xenex autorizado por la FDA están siendo construidos que utilizan rayos UV pulsados para esterilizar las habitaciones hospitalarias en solo minutos.
La innovación tecnológica también ha llevado a robots avanzados de asistencia quirúrgica que ayudan a los cirujanos a lograr mayor velocidad y más precisión al realizar operaciones complejas.
Un wonderbot de múltiples brazos llamado da Vinci Surgical System es uno de esos robots utilizados para que la cirugía sea menos invasiva, reducir errores quirúrgicos y proporcionar un control mejorado. El Cyberknife es otro que trata cánceres al administrar terapia de radiación a los tumores con extrema precisión.
Luego están los robots farmacéuticos, que están ganando mucha tracción debido al envejecimiento de la población y a quienes padecen enfermedades crónicas que requieren medicación continua y tratamiento preciso. Al automatizar procesos críticos que normalmente se realizan manualmente y consumen tiempo, los robots farmacéuticos ayudan a mejorar la calidad y la precisión.
Robots para la administración de fármacos
Impulsados por los avances tecnológicos y la creciente necesidad de automatización en el desarrollo de fármacos y la atención al paciente, los robots están haciendo que la administración de medicamentos sea más eficiente y precisa, mejorando la atención al paciente.
Las empresas están desarrollando micro y nanorobots que se desplazan de forma independiente para entregar fármacos a áreas de difícil acceso, impulsados por reacciones químicas o fuentes externas como luz, campos eléctricos o campos magnéticos. Al dirigirse a los sitios de la enfermedad, estos robots mejoran la eficacia terapéutica y reducen los efectos secundarios.
Hace un par de años, un equipo de investigadores desarrolló MANiACs, que son robots diminutos que giran y tienen nanorrodos magnéticos encerrados en una cáscara esférica blanda. En 2022, un ingeniero mecánico de Stanford construyó robots inalámbricos multifuncionales para lo mismo.
Y hace apenas un par de meses, investigadores de NTU Singapur desarrollaron robots blandos del tamaño de granos para la administración dirigida de fármacos. El robot, que está hecho con micropartículas magnéticas y controlado mediante campos magnéticos, puede transportar hasta cuatro fármacos diferentes y liberarlos en dosis y órdenes reprogramables.
Esta investigación se basó en el trabajo previo del equipo que involucró robots miniatura controlados magnéticamente que pueden agarrar objetos diminutos y nadar a través de espacios estrechos, entre otros movimientos complejos.
Tomando inspiración de una película de ciencia ficción de los años 60, ‘Fantastic Voyage’, donde una tripulación se encogió al tamaño de una célula para reparar daños en el cerebro de un científico, la investigación está llevando la imaginación a la realidad.
El robot altamente dextrófil, cuando se probó en experimentos de laboratorio, se movió a velocidades entre 0,30 mm y 16,5 mm por segundo, entregó fármacos con éxito en entornos más desafiantes y, incluso después de ocho horas de movimiento constante, mostró una fuga mínima de fármacos.
El equipo de NTU ahora está investigando cómo hacer estos robots aún más pequeños para que, en última instancia, puedan usarse para tratar cáncer de vejiga, tumores cerebrales y cáncer colorrectal.
Microbots: Robots diminutos que revolucionan la medicina de precisión
Los microrobots utilizan sensores y actuadores miniaturizados para llevar a cabo acciones para las que están programados. Su tamaño micron los hace fáciles de usar en entornos que tradicionalmente han sido demasiado intrincados y difíciles de alcanzar. Esta capacidad hace que estos robots sean invaluables para la cirugía mínimamente invasiva, el diagnóstico de enfermedades, la desintoxicación y la administración precisa de fármacos.
Sin embargo, no están exentos de desafíos en cuanto a su eficacia y localización a través de tejidos profundos.
Otro problema importante es que han demostrado ser más que una sustancia. Durante las dos últimas décadas, se han lanzado varias versiones de micro- o nanorobots, pero hasta ahora, sus aplicaciones en sistemas vivos han sido bastante limitadas. Además está el hecho de que mover objetos con alta precisión en biofluidos complejos como saliva, orina y sangre también es bastante complejo.
Other obstacles for nanorobots include real-time detection within the body and achieving precise remote control for targeted therapy.
Además, al diseñar estos microbots, surge la pregunta de si deben estar conectados o ser autónomos. Para que un microrobot autónomo opere eficazmente en el cuerpo humano, debe tener una propulsión constante a través de los biofluidos, una gran capacidad de carga, alta biocompatibilidad para evitar la extracción quirúrgica, imágenes mejoradas para la visualización en tiempo real y una focalización precisa.
Aquí, los robots accionados acústicamente están mostrando un potencial sustancial debido a los beneficios de penetración profunda en tejidos, operación no invasiva, respuesta rápida, fuerzas propulsoras robustas y seguridad.
Así, investigadores de Caltech presentaron BAM, un microrobot acústico bioabsorbible guiado por imágenes y basado en hidrogel que puede navegar por el cuerpo humano con alta estabilidad. BAM no es un robot humanoide de metal ni un robot biomimético, es una pequeña esfera similar a una burbuja.
Según el coautor correspondiente del artículo sobre los bots, Wei Gao, profesor de ingeniería médica en Caltech e investigador del Heritage Medical Research Institute:
«Hemos diseñado una única plataforma que puede abordar todos estos problemas.»
En su investigación, los científicos observaron que, al probarse, los bots ayudaron al equipo a entregar terapias con éxito que redujeron el tamaño de los tumores de vejiga en ratones.
«En lugar de introducir un fármaco en el cuerpo y dejar que se difunda por todas partes, ahora podemos guiar nuestros microrobots directamente a un sitio tumoral y liberar el fármaco de manera controlada y eficiente.»
– Gao
A medida que la tecnología BAM avanza, el estudio anticipa que el dispositivo tendrá un impacto sustancial en el sector de la salud y la atención al paciente.
El diseño y desarrollo de BAM
El nuevo microrobot, que tiene microestructuras esféricas, está hecho de un hidrogel llamado poli(ethylene glycol) diacrilato. El hidrogel comienza en forma líquida o de resina, pero cuando la red de polímeros dentro de él se entrecruza, se vuelve sólido.
Tener esa composición y microestructura permite que los hidrogeles retengan grandes cantidades de fluido, ayudando al equipo a superar el problema de la biocompatibilidad de los robots. Mientras tanto, la fabricación mediante manufactura aditiva permite que la esfera exterior transporte la carga terapéutica a un sitio objetivo dentro del cuerpo.
Las microestructuras y la receta del hidrogel fueron hechas con la ayuda de Julia R. Greer, la coautora correspondiente, y Ruben F. y Donna Mettler, profesores de Ciencia de Materiales, Mecánica e Ingeniería Médica.
Para ello, su grupo utilizó la litografía de polimerización de dos fotones (TPP). En esta técnica de impresión 3D, un láser se usa para crear estructuras complejas. Aquí, pulsos ultrarrápidos de luz láser infrarroja se utilizan para entrecruzar selectivamente polímeros fotosensibles siguiendo un diseño específico.
La litografía TPP básicamente construye una estructura de alta resolución capa por capa, permitiendo al equipo lograr formas complejas y alta precisión. El grupo pudo imprimir (escribir) microestructuras de aproximadamente 30 micrones de diámetro, lo mismo que un cabello humano.
Hablando de la forma esférica de la estructura, Greer señaló que es “muy complicado de escribir” y requiere conocer “ciertos trucos del oficio para evitar que las esferas colapsen sobre sí mismas”, por lo que es un gran logro que el equipo haya podido crearlas.
«Pudimos no solo sintetizar la resina que contiene toda la biofuncionalización y todos los elementos médicamente necesarios, sino que pudimos escribirlos en una forma esférica precisa con la cavidad necesaria.»
– Greer
Esto es la estructura interna de la esfera, y en cuanto a su estructura externa, los microrobots incorporarán nanopartículas magnéticas y el fármaco terapéutico dentro de ella en su forma final.
Las nanopartículas magnéticas permiten a los investigadores controlar los robots y dirigirlos a la ubicación deseada mediante un campo magnético externo. Y cuando finalmente alcanzan el objetivo, los robots permanecen en esa ubicación y el fármaco se difunde pasivamente.
En cuanto al exterior de la microestructura, el equipo la diseñó además para que sea hidrofílica, lo que significa que se atrae al agua. Hacer esto asegura que los robots individuales no se adhieran entre sí mientras viajan por el cuerpo.
A diferencia de la superficie exterior del microrobot, la superficie interna no es hidrofílica sino hidrofóbica porque necesita capturar una burbuja de aire, que es fácil de disolver.
Para construir un microrobot híbrido cuya exterior atraiga agua mientras que el interior la repela, el equipo diseñó una modificación química.
Esta modificación involucró dos pasos; el primero consistió en fijar moléculas de carbono de cadena larga al hidrogel, haciéndolo efectivamente hidrofóbico. En el segundo paso, los científicos utilizan la técnica de grabado por plasma de oxígeno para eliminar las estructuras de carbono del exterior, haciendo que la parte externa sea hidrofílica.
Al llamar a su modificación química “una de las innovaciones clave de este proyecto”, Gao afirmó que la modificación asimétrica de la superficie fue lo que realmente les permitió “usar muchos robots y aún atrapar burbujas durante un período prolongado en biofluidos, como orina o suero.”
Según la demostración del equipo, esta técnica permitió que las burbujas duraran varios días en lugar de solo unos minutos.
Ahora, simplemente ¿por qué necesitamos atrapar estas burbujas en primer lugar? Bueno, tener burbujas atrapadas es necesario para mover los robots y para rastrearlos mediante imágenes en tiempo real.
Para permitir que el microrobot avance, los investigadores dotaron a la esfera de dos aberturas tipo cilindro. El equipo descubrió que tener dos aberturas permitía a los robots moverse en varios biofluidos a velocidades mayores que con una sola apertura.
Cuando se expone a un campo ultrasónico, las burbujas dentro del robot vibran, haciendo que el fluido que lo rodea fluya lejos de él, impulsando el robot a través del fluido.
La burbuja, que está atrapada en cada microestructura, actúa como un excelente agente de contraste para imágenes ultrasónicas, permitiendo la monitorización en tiempo real de los bots in vivo.
El equipo luego probó los microrobots como herramienta de administración de fármacos en ratones con tumores de vejiga. En 22 días, se realizaron cuatro entregas de terapias se hicieron con la ayuda de microrobots. Se encontró que estas entregas fueron más exitosas en reducir el tamaño de los tumores que aquellas que no utilizaron robots. Según Gao:
«Creemos que esta es una plataforma muy prometedora para la administración de fármacos y la cirugía de precisión. Mirando al futuro, podríamos evaluar el uso de este robot como plataforma para entregar diferentes tipos de cargas terapéuticas o agentes para distintas condiciones. Y a largo plazo, esperamos probarlo en humanos.»
Empresa invertible en el ámbito de la robótica médica
Ahora, echemos un vistazo a una empresa destacada en este sector:
Intuitive Surgical
Esta empresa con una capitalización de mercado de $186.6 mil millones es conocida por desarrollar, fabricar y comercializar el sistema quirúrgico da Vinci y el sistema endoluminal Ion. Los productos y servicios de Intuitive Surgical (ISRG ) permiten mejorar los resultados de los pacientes.
ISRG Gráfico de precios
Al momento de redactar, sus acciones cotizan a $517, con un aumento del 55.3% en lo que va del año, y con un EPS (TTM) de 6.2 y un P/E (TTM) de 84.22. Para el tercer trimestre de 2024, la empresa informó $2.04 mil millones en ingresos, un aumento del 17% respecto al mismo trimestre del año pasado.
Durante este período, los procedimientos da Vinci a nivel mundial aumentaron aproximadamente un 18% en comparación con el tercer trimestre de 2023, y su base instalada creció a 9,539 sistemas, con Intuitive Surgical colocando 379 de dichos sistemas. La empresa también obtuvo la autorización regulatoria para el sistema en Corea del Sur.
Conclusión
La robótica está ganando mucha atención en todo el mundo y en todas las industrias. La demanda de robots en el cuidado de la salud es particularmente fuerte y está creciendo gracias a su capacidad para optimizar los flujos de trabajo clínicos, asistir en cirugías, reducir el riesgo de infecciones y proporcionar un entorno más seguro y una atención al paciente de alta calidad.
La investigación más reciente en nanorobots, como señalamos hoy, demuestra un avance médico que puede cambiar la industria de la salud al tratar condiciones que no solo son difíciles, sino que incluso pueden ser imposibles. Esto sin duda allana el camino para terapias mejoradas y un futuro más saludable.
Haga clic aquí para obtener una lista de las principales acciones de cirugía robótica.
