Robótica
Microrrobots de burbujas: avances en la administración dirigida de fármacos
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La robótica sigue expandiéndose ante la demanda de soluciones eficientes y rentables.
La automatización y la integración de inteligencia artificial y aprendizaje automático amplían las capacidades de los robots. La previsión de mercado citada estima que el mercado mundial de robótica podría superar los 200.000 millones de dólares al final de esta década. Se trata de una proyección, cuyo alcance depende de la definición del mercado.
Según la Federación Internacional de Robótica (IFR), las nuevas instalaciones de robots industriales alcanzaron 541.302 unidades en 2023, el segundo mayor total anual hasta entonces. El récord se había establecido en 2022, con 552.946 unidades.
A finales de 2023 había unos 4,3 millones de robots industriales en funcionamiento. Asia concentró el 70 % de las nuevas instalaciones, Europa el 17 % y América el 10 %. Son cuotas regionales de instalaciones. Japón es un importante fabricante: en los datos de 2022 publicados por la IFR representaba el 46 % de la producción mundial.
En 2024, la IFR preveía que el crecimiento de las instalaciones podría acelerarse en 2025 y continuar en los años siguientes.
La automoción y la electrónica son grandes usuarios de robots industriales. También existen aplicaciones en metal y maquinaria, residuos, agricultura, comercio, construcción y servicios de alimentación.
Robots en la atención sanitaria
Los robots se utilizan en numerosos sectores, incluida la medicina. Una previsión comercial sobre sistemas robóticos médicos estima que su mercado crecerá de 16.000 millones de dólares en 2024 a 33.800 millones en 2029.
En sanidad, los robots pueden ayudar en logística, rehabilitación, diagnóstico, cirugía y administración de medicamentos.
Por ejemplo, los brazos robóticos se emplean para mezclar, dispensar, contar e inspeccionar, mientras que los robots de transporte llevan suministros a puntos determinados.
Los robots móviles autónomos pueden reducir la carga física de tareas repetitivas y liberar tiempo del personal. Otros sistemas ayudan con inventarios o desinfección; las funciones dependen del equipo concreto.
La automatización de tareas rutinarias permite dedicar más tiempo a los pacientes. TUG, de Aethon, es un ejemplo de robot de transporte utilizado en hospitales para llevar suministros a distintos destinos.
Los robots de limpieza, desinfección y transporte también pueden reducir ciertas exposiciones del personal 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. Estas infecciones tienen múltiples causas. Para complementar la limpieza y desinfección manuales, dispositivos como el LightStrike+ de Xenex recibieron autorización De Novo de la FDA en 2023 para reducir microorganismos en determinadas superficies mediante luz UV pulsada. No equivalen a esterilizar una habitación entera.
Los sistemas de asistencia quirúrgica permiten al cirujano controlar instrumentos con precisión durante procedimientos complejos.
Da Vinci es un sistema controlado por el cirujano para cirugía mínimamente invasiva. CyberKnife, por su parte, dirige radioterapia hacia tumores. Sus resultados dependen de la indicación y del uso clínico.
La automatización farmacéutica puede ayudar a clasificar, dispensar y comprobar medicamentos. El envejecimiento y las enfermedades crónicas aumentan la demanda de estos servicios.
Robots para la administración de fármacos
La investigación también explora pequeños robots capaces de transportar medicamentos hasta un punto concreto del organismo.
Los micro- y nanorrobots pueden moverse mediante reacciones químicas o estímulos externos, como luz y campos eléctricos o magnéticos. El objetivo es mejorar la focalización y reducir efectos adversos; buena parte de estas tecnologías sigue en fase experimental.
En una investigación anterior, un equipo desarrolló los microrrobots MANiAC, con nanobarras magnéticas integradas en una estructura esférica blanda. En 2022, investigadores de Stanford presentaron robots inalámbricos multifuncionales para estudiar aplicaciones similares.
En octubre de 2024, investigadores de NTU Singapur presentaron un robot blando del tamaño de un grano. El dispositivo contiene micropartículas magnéticas y se controla con campos magnéticos; puede transportar hasta cuatro fármacos y liberarlos en dosis y secuencias reprogramables.
El trabajo se basó en robots anteriores del grupo capaces de agarrar objetos pequeños y desplazarse por espacios estrechos.
El equipo citó como inspiración la película de 1966 Fantastic Voyage, en la que una tripulación miniaturizada viaja por el cuerpo. Los dispositivos reales siguen siendo tecnología de investigación.
En pruebas de laboratorio, el robot se desplazó a velocidades de entre 0,30 y 16,5 mm por segundo en distintos entornos. Mostró poca fuga prematura de medicamento incluso tras ocho horas de movimiento.
El equipo de NTU estudia reducir aún más el tamaño y realizar nuevas pruebas. Entre las posibles aplicaciones futuras figuran tumores de vejiga, cerebro y colon.
Microrrobots y medicina de precisión
Los microrrobots son pequeñas estructuras capaces de realizar tareas dirigidas. Algunos incorporan sensores y actuadores; otros funcionan mediante la interacción de materiales con campos externos. Su tamaño puede facilitar el acceso a zonas difíciles de alcanzar. Se investigan aplicaciones en cirugía mínimamente invasiva, diagnóstico, eliminación de sustancias y transporte de fármacos.
Persisten dificultades de propulsión, eficacia y localización en tejidos profundos.
El desarrollo todavía es mayoritariamente experimental. Durante las últimas dos décadas se han presentado múltiples micro- y nanorrobots, pero hasta ahora su uso en organismos vivos ha sido limitado. Moverlos con precisión por biofluidos complejos, como sangre, saliva y orina, resulta difícil.
También es necesario mejorar la visualización en tiempo real y el control remoto hacia el lugar de tratamiento.
El diseño distingue entre dispositivos conectados a un elemento externo y robots libres de ese vínculo. Estos últimos necesitan propulsión estable, carga suficiente, biocompatibilidad, seguimiento y dirección precisa. Una estructura bioabsorbible podría evitar un procedimiento de extracción.
La propulsión acústica resulta interesante por la penetración del ultrasonido y la posibilidad de accionamiento externo. Su seguridad debe evaluarse para cada aplicación.
Un equipo dirigido por Caltech desarrolló BAM, un microrrobot acústico bioabsorbible, basado en hidrogel y guiado mediante imágenes. Es una pequeña esfera que retiene una burbuja. Se estudió en laboratorio y en ratones.
Wei Gao, profesor de ingeniería médica de Caltech e investigador del Heritage Medical Research Institute, es uno de los autores de correspondencia. Explicó:
«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
La posible aplicación clínica de BAM requiere más estudios de funcionamiento y seguridad antes de realizar pruebas en personas.
Diseño y desarrollo de BAM
Las microestructuras esféricas se fabricaron con un hidrogel de diacrilato de polietilenglicol (PEGDA). El material líquido o resinoso forma una red sólida al entrecruzarse sus polímeros.
La red retiene gran cantidad de líquido. Su composición y la fabricación aditiva permiten construir una estructura biocompatible cuya envoltura transporta el medicamento.
En el desarrollo del hidrogel y de las microestructuras participó Julia R. Greer, coautora de correspondencia y titular de la cátedra Ruben F. y Donna Mettler de Ciencia de Materiales, Mecánica e Ingeniería Médica de Caltech.
Su grupo empleó litografía de polimerización de dos fotones (TPP). Un láser permite formar estructuras complejas: pulsos infrarrojos ultrarrápidos sirven para entrecruzar selectivamente el material fotosensible siguiendo un diseño.
La técnica permite fabricar formas tridimensionales complejas con gran precisión. Las estructuras tenían unos 30 micrómetros de diámetro, del orden del grosor de un cabello humano fino.
Greer describió la fabricación de esferas huecas como una tarea compleja, que exige técnicas específicas para impedir que colapsen.
«Pudimos sintetizar la resina con las funciones biológicas y los elementos médicos necesarios y darle una forma esférica precisa con la cavidad requerida».
— Greer
En su forma final, la envoltura de hidrogel incorpora nanopartículas magnéticas y medicamento.
Las nanopartículas permiten dirigir el dispositivo mediante un campo magnético externo. Al llegar al objetivo, el robot permanece allí y el fármaco sale por difusión pasiva.
La superficie exterior es hidrófila, lo que reduce la agregación de los robots entre sí.
La superficie interior es hidrófoba y retiene una burbuja de aire que, de otro modo, podría disolverse o colapsar con rapidez.
Esta combinación se consiguió mediante una modificación química en dos etapas.
Primero se añadieron estructuras de carbono de cadena larga al hidrogel para hacerlo hidrófobo. Después, el grabado con plasma de oxígeno eliminó parte de ellas del exterior, que pasó a ser hidrófilo mientras el interior seguía siendo hidrófobo.
Gao destacó esta asimetría como una innovación clave que permite conservar las burbujas durante un periodo prolongado en biofluidos como orina o suero.
En las pruebas, las burbujas duraron varios días, frente a los pocos minutos de estructuras sin ese tratamiento.
Las burbujas cumplen dos funciones: producir movimiento y facilitar el seguimiento mediante ultrasonido.
La esfera tiene dos aberturas similares a cilindros. Esta configuración permitió desplazarse por distintos biofluidos a mayor velocidad que con una sola abertura.
Al aplicar ultrasonido, la burbuja oscila y genera flujos en el líquido circundante que impulsan al robot.
La burbuja retenida también actúa como agente de contraste ecográfico, permitiendo seguir al dispositivo en tiempo real en el animal.
En ratones con tumores de vejiga, cuatro dosis de tratamiento se administraron mediante microrrobots durante un periodo de unas tres semanas. La reducción tumoral fue mayor que con el tratamiento sin robots. Se trata de un resultado preclínico. Gao señaló:
«Creemos que es una plataforma prometedora para administrar fármacos y para cirugía de precisión. En el futuro podríamos evaluar distintos agentes terapéuticos para diferentes enfermedades. A largo plazo esperamos probarla en personas».
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Una empresa cotizada de robótica médica
Ahora, echemos un vistazo a una empresa destacada en este sector:
Intuitive Surgical
Intuitive Surgical desarrolla, fabrica y comercializa los sistemas da Vinci e Ion, este último destinado a procedimientos en el pulmón. En la referencia de precios de 2024 del artículo, su capitalización era de unos 186.600 millones de dólares. Intuitive Surgical (ISRG ) opera en un ámbito distinto al de los microrrobots experimentales.
ISRG Gráfico de precios
En esa misma referencia de 2024, la acción cotizaba a unos 517 dólares, con una subida del 55,3 % desde principios de año. El beneficio por acción de los últimos doce meses era de unos 6,2 dólares y el PER rondaba 84. Para el tercer trimestre de 2024, la empresa informó de 2.040 millones de dólares de ingresos, un 17 % más que un año antes.
Los procedimientos da Vinci aumentaron alrededor del 18 % respecto al tercer trimestre de 2023. La base instalada llegó a 9.539 sistemas, y se colocaron 379 durante el trimestre. Da Vinci 5 recibió además autorización regulatoria en Corea del Sur.
Conclusión
La robótica puede apoyar la logística sanitaria, la cirugía y la limpieza. La utilidad de cada sistema debe valorarse según su indicación y la evidencia disponible.
Los microrrobots BAM ilustran el progreso de la investigación preclínica en administración dirigida de fármacos. Los resultados en ratones son prometedores, aunque todavía hacen falta más estudios antes de utilizarlos en pacientes.
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