Micromáquinas biocompatibles implantables

Una nueva técnica utiliza biomateriales para fabricar micromáquinas complejas implantables que podrían utilizarse para muchas aplicaciones, incluyendo el suministro de fármacos en puntos precisos del interior del cuerpo y en stents (pequeños tubos implantables para reparación arterial), todo lo cual supondría un enorme avance en la medicina de precisión.

El equipo de Sam Sia, de la Escuela de Ingeniería y Ciencia Aplicada de la Universidad de Columbia en la ciudad estadounidense de Nueva York, ha desarrollado una forma de fabricar máquinas de tamaño micrométrico a partir de biomateriales que puedan ser implantadas de forma segura dentro del cuerpo. Trabajando con hidrogeles, que son materiales biocompatibles que los ingenieros han estado estudiando durante décadas, Sia ha inventado una nueva técnica que apila en forma de capas el material blando para producir dispositivos que tengan partes tridimensionales y capaces de moverse libremente. Sia y sus colaboradores también han demostrado un método rápido para fabricar esas micromáquinas, definidas como "sistemas micromecánicos implantables" (iMEMS, por sus siglas en inglés).

Explotando las propiedades mecánicas únicas de los hidrogeles, los investigadores desarrollaron una especie de mecanismo de anclaje para posibilitar un movimiento y una actuación precisos de las piezas móviles, lo cual puede proporcionar funciones propias de válvulas, colectores, rotores, bombas y dispensadores de fármacos.

Consiguieron ajustar los biomateriales dentro de un amplio margen de propiedades mecánicas y difusivas y ejercer tras su implantación el control deseado sin necesidad de un suministro sostenido de energía, haciendo por tanto innecesario el uso de baterías y librándose así de su toxicidad.

Fabricación y montaje complejo de un prototipo de micromáquina usando el método iMEMS. El recuadro de la izquierda muestra la fabricación capa a capa de las estructuras de soporte y el ensamblaje de componentes mecánicos. La imagen de la derecha muestra el dispositivo completo después de que las capas hayan sido selladas. (Fotos: SauYin Chin/Columbia Engineering)

A continuación, ensayaron el suministro gradual de un cargamento en un tumor, dentro de un modelo de cáncer óseo, y hallaron que la activación de la liberación de doxorrubicina desde el dispositivo a lo largo de 10 días mostró una gran eficacia de tratamiento y una baja toxicidad, con una décima parte de la dosis de quimioterapia sistémica estándar.

En general, esta plataforma iMEMS permite el desarrollo de microdispositivos implantables biocompatibles provistos de una amplia gama de componentes móviles complejos que pueden ser controlados inalámbricamente bajo demanda, además de resolver problemas de suministro de energía al dispositivo y de biocompatibilidad.

Información adicional