Microscopic robot 'fish' could soon be used to deliver chemotherapy drugs directly into the tumours of cancer patients https://t.co/ZWTP2eRftA

— Daily Mail Online (@MailOnline) December 5, 2021

Previamente, los científicos ya habían fabricado unos robots de menos de 100 micrómetros que podían manipular objetos diminutos, pero la mayoría de ellos no fueron capaces de realizar tareas complejas. En un paso hacia las aplicaciones biomédicas de estos dispositivos, Jiawen Li, Li Zhang, Dong Wu y sus colegas querían desarrollar microrrobots que cambiasen de forma y que pudiesen ser guiados por imanes hasta sitios específicos para administrar tratamientos. Dado que los tumores existen en microambientes ácidos, el equipo decidió hacer que estos diminutos dispositivos cambiaran de forma en respuesta a la disminución del pH. Para ello, los investigadores imprimieron en 4D microdispositivos con forma de cangrejo, mariposa y pez utilizando un hidrogel sensible al pH. Ajustando la densidad de impresión en determinadas zonas del robot, como los bordes de las pinzas del cangrejo o las alas de la mariposa, el equipo codificó el cambio de forma en función del pH. A continuación, magnetizaron a los diminutos robots colocándolos en una suspensión de nanopartículas de óxido de hierro.

El equipo demostró varias capacidades de su invento en distintas pruebas. Por ejemplo, el microrrobot con forma de pez tenía una ‘boca’ ajustable que se abría y cerraba. Los científicos pudieron dirigir al ‘pez’ a través de vasos sanguíneos simulados para llegar a las células cancerosas en una región específica de una placa de Petri. Cuando redujeron el pH de la solución circundante, el robot abrió la ‘boca’ para soltar un fármaco quimioterapéutico que mató las células cercanas. Sin embargo, los investigadores subrayaron que, aunque este estudio es una prueba de concepto prometedora, los microrrobots deben ser aún más pequeños para poder navegar por vasos sanguíneos reales, y que es necesario identificar un método de imagen adecuado para seguir sus movimientos dentro del cuerpo.

Uno de los logros alcanzados es el que permite a las raíces detectar en el agua subterránea la presencia de nitroaromáticos, compuesto que puede encontrarse en algunos explosivos, como las minas terrestres. En ese caso, los nanotubos de carbono de las hojas emiten una señal que es captada por una cámara de infrarrojos, que a su vez envía la información a un centro de datos, divulgó la revista ‘Nature’.

Michael Strano, uno de los autores de la investigación, definió a los vegetales como “muy buenos químicos analíticos” y destacó que su “extensa red de raíces” está “constantemente tomando muestras del agua subterránea y tiene una forma de autoimpulsar esa agua hasta las hojas”. De igual manera, calificó el proyecto como una “novedosa demostración” de cómo se ha logrado superar la “barrera de comunicación entre plantas y humanos”, informó ‘Euronews’.

Más allá de ser útiles para detectar explosivos, los ingenieros del MIT estiman que los vegetales manipulados podrían detectar señales sobre contaminación y cambios en el medioambiente, gracias a que recogen gran cantidad de información de su entorno. Para ello, modificaron la fotosíntesis utilizando nanopartículas, con lo que las espinacas fueron convertidas en sensores de elementos contaminantes, como el óxido nítrico.

“Las plantas son muy sensibles al medio ambiente. Saben que va a haber una sequía mucho antes que nosotros. Pueden detectar pequeños cambios en las propiedades del suelo y el potencial hídrico. Si aprovechamos esas vías de señalización química, podemos acceder a una gran cantidad de información”, explicó Strano. Otra función que la espinaca es capaz de cumplir es la de hacer que las baterías de metal-aire y las pilas de combustible sean más eficaces. “Este trabajo sugiere que se pueden fabricar catalizadores sostenibles para una reacción de reducción de oxígeno a partir de recursos naturales”, explicó en ese sentido el profesor Shouzhong Zou, quien dirigió el trabajo.

“El método que probamos puede producir catalizadores muy activos a base de carbono a partir de espinacas, que son una biomasa renovable. De hecho, creemos que supera a los catalizadores comerciales de platino, tanto en actividad como en estabilidad”, agregó. Durante el trabajo, las espinacas debieron ser lavadas, exprimidas y molidas hasta quedar hechas polvo, proceso por el que pasaron a la forma de las nanoplanchas necesarias para la investigación.

A diferencia de los micronadadores biológicos como bacterias o espermatozoides, que tienen diferentes aspectos, los micronadadores sintéticos hasta ahora se han creado casi exclusivamente con formas esféricas, señalan los físicos de la Universidad de Leiden en su estudio recientemente publicado en la revista ‘Soft Matter’. Para seguir el movimiento de los microrganismos que se desplazan en fluidos se utilizan los micronadadores sintéticos, que son fáciles de controlar. Además del barco, los científicos también imprimieron otros micro objetos con un tamaño menor de 10 micrones.

Con estos diminutos objetos, los investigadores esperan poder comprender mejor el mecanismo de propulsión de los micronadadores biológicos. Asimismo, consideran que permitirá un mayor control sobre los micronadadores sintéticos en la aplicación de diagnósticos terapéuticos y la administración de fármacos.

Gracias a esta técnica, los científicos lograron medir su quiralidad, o curvatura particular del material, que no se superpone sobre ningún otro, haciéndolo único. Del mismo modo, la mano izquierda no se superpone sobre la derecha, por lo que es quiral respecto a la derecha. “La quiralidad es una de las propiedades más fundamentales de la naturaleza. Existe en las partículas subatómicas, en moléculas (ADN, proteínas), en órganos (el corazón, el cerebro), en biomateriales (como las conchas marinas), en nubes de tormenta (tornados) y en la forma de las galaxias (espirales que vuelan a través del espacio)”, explicó el investigador principal, Ventsislav Valev.

La capacidad de medir y estudiar las moléculas aisladas a nanoescala tiene un gran impacto en todo, desde medicamentos hasta alimentos y pesticidas. Gracias a la tecnología, basada en pulsos de láser, es posible detectar una nanopartícula solitaria flotando en un líquido. Se espera que ayude a producir fármacos de manera increíblemente detallada y personalizable.

Los medicamentos desarrollados a nanoescala utilizando cantidades precisas y diminutas de ingredientes brindarían a los médicos la capacidad de tratar enfermedades específicas con mayor precisión y de manera previamente inaccesible. “Uno podrá ir a la farmacia con una receta y, en lugar de recibir un medicamento que debe mezclarse con botellas de productos químicos y luego almacenarse en la nevera durante varios días, saldrá con píldoras que son minilaboratorios. Al romper la píldora, una cantidad precisa de microgotas fluirá a través de microcanales para mezclarse y producir el medicamento necesario”, explicó Valev.

El método prevé la creación de las llamadas ‘nanoesponjas’, unas estructuras microscópicas compuestas de un núcleo de polímero y una cobertura hecha de membranas de macrófagos o células del epitelio de los pulmones. Están dotadas de receptores ACE2 y CD147, a los que el virus se une para penetrar dentro de la célula. De este modo, las nanoesponjas pueden interceptar el patógeno antes de que infecte una célula real.

El método representa un enfoque novedoso en el tratamiento de infecciones, explica uno de los autores del estudio, Liangfang Zhang. “Tradicionalmente, los desarrolladores de medicamentos para enfermedades infecciosas se sumergen profundamente en los detalles del patógeno para encontrar objetivos que puedan ser alcanzados con un fármaco. Nuestro enfoque es diferente. Solo necesitamos saber cuáles son las células objetivo. Y luego nos proponemos proteger sus objetivos mediante la creación de señuelos biomiméticos”, cita al investigador un comunicado de la Universidad de California en San Diego.

“Otro aspecto interesante de nuestro enfoque es que, incluso cuando el SARS-CoV-2 muta, siempre que el virus pueda invadir las células que estamos imitando, nuestro enfoque de nanoesponja debería funcionar. No estoy seguro de que esto pueda decirse de algunas de las vacunas y terapias que se están desarrollando actualmente”, agregó Zhang. Asimismo, señaló que es posible que las nanoesponjas que simulan los macrófagos puedan ayudar en la lucha contra la llamada tormenta de citocinas, una reacción inflamatoria descontrolada en algunos pacientes con covid-19 que frecuentemente es mortal.

“Veremos si las nanoesponjas de macrófagos pueden neutralizar la cantidad excesiva de estas citocinas, así como neutralizar el virus”, afirmó Zhang. Pruebas ‘in vitro’ de laboratorio mostraron que el método puede reducir en alrededor de un 90 % la infectividad del covid-19. Además, ha mostrado ser seguro, por lo menos a corto plazo, en ratones. Se desconoce cuando será probado en humanos, pero los investigadores quieren hacerlo lo más rápido posible.

Durante la investigación, los científicos equiparon un poderoso microscopio electrónico de transmisión, capaz de resolver objetos más pequeños que un angstrom (una diez mil millonésima parte de un metro), con una cámara de detección directa de electrones para capturar eventos a escala atómica en tiempo real a una velocidad 100 veces superior a la de los experimentos previos de esa naturaleza.

Científicos captan por primera vez el movimiento de moléculas individuales en un video de alta velocidad
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— RT en Español (@ActualidadRT) June 7, 2020

Los investigadores filmaron nanotubos de carbono vibrantes que contenían moléculas de fullereno, capturando, entre otras cosas, el movimiento oscilatorio nunca antes visto de estas moléculas, algo que únicamente es perceptible a velocidades de cuadro muy altas. Para eliminar el ruido visual provocado por la alta sensibilidad de las cámara utilizadas, así como por la gran cantidad de fps de las tomas, fue necesario utilizar un avanzado procesamiento de imágenes conocido como reducción de ruido de las variaciones totales Chambolle.

“Nos sorprendió gratamente que esta supresión del ruido y el procesamiento de imágenes revelaran el movimiento invisible de las moléculas de fullereno”, dijo Koji Harano, coautor de la investigación. “Todavía tenemos un grave problema, que el procesamiento [de las imágenes] se realiza después de la captura del vídeo”, señaló Harano. Sin embargo, la retroalimentación visual en tiempo real de las observaciones podría ser posible en poco tiempo gracias a los equipos informáticos de alto rendimiento, comentó el académico.

Hace alrededor de un siglo, los científicos advirtieron que las burbujas se comportan de manera distinta dependiendo de si se encuentran en un vaso —donde flotan libremente hacia arriba— o en un tubo, donde aparentemente permanecen inmóviles. Desde entonces se habían propuesto varias hipótesis para explicar el fenómeno, una de las cuales supone que en un tubo estrecho el movimiento del gas queda impedido por una delgada película de líquido.

Las observaciones de Dhaouadi y John Kolinski, coautor de su estudio y también de la EPFL, detectaron la presencia de tal película, de varias decenas de nanómetros de grosor, entre la superficie del tubo y la de la burbuja. Dhaouadi y Kolinski descubrieron que el calentamiento del tubo modifica la forma de la película; sin embargo, esta vuelve a la normalidad en ausencia de calor. “El descubrimiento refuta las teorías más recientes de que la película disminuirá hasta un grosor cero”, cita a Kolinski un comunicado de la EPFL.

Asimismo, los dos científicos detectaron que en realidad las burbujas sí ascienden cuando están dentro de un tubo, pero lo hacen tan lentamente que ese movimiento es imperceptible para el ojo humano. “La película entre la burbuja y el tubo es muy delgada, de manera que crea una fuerte resistencia al movimiento, ralentizando drásticamente el ascenso de las burbujas”, explica Kolinski. Pese a que la investigación, publicada el 2 de diciembre en la revista ‘Physical Review Fluids’, tiene un carácter fundamental, sus resultados pueden aplicarse a la nanomecánica y al estudio de sistemas biológicos, indica la EPFL.

El CNT —llamado así por sus siglas en inglés para ‘nanotubos de carbono’, de los que está compuesto—absorbe el 99,995% de la luz, es decir, es 10 veces más eficiente que el Vantablack, del 2014, capaz de absorber el 99,96% de los fotones.

La diferencia se debe al diámetro de los pequeños cilindros, que en el caso del CNT tienen alrededor de 1 nanómetro, es decir, 10 veces menos que un tubo del Vantablack y 100.000 veces menos que un cabello humano. Gracias a tal estructura captan las partículas de luz, enjaulándolas y haciéndolas disiparse en forma de calor. Como resultado, el ojo humano es incapaz de percibir la forma de un objeto cubierto con CNT, que aparece absolutamente plano, como una silueta negra.

Al igual que el Vantablack, el nuevo material de inmediato atrajo el interés de artistas. Así, ya este viernes se abrió en la Bolsa de Nueva York una muestra del artista Diemut Strebe, que incluye un diamante de 2 millones de dólares, totalmente cubierto por CNT. La exposición, que se llama ‘The Redemption of Vanity’ (‘La Redención de la Vanidad’), durará hasta noviembre. “El proyecto explora cómo se atribuye el valor material y no material a los objetos y conceptos con referencia al lujo, la sociedad y el arte”, señala el sitio dedicado a la exposición.

Se trata de la nueva pintura más negra del mundo, vantablack, que hace al ojo humano percibir un objeto tridimensional como plano, dándole un aspecto irreal, como si estuviera mirando en un agujero negro.

Vantablack, un acrónimo de ‘Vertically Aligned Nano Tube Array’ (bloque de nanotubos alineado verticalmente, en español), fue desarrollado por la empresa Surrey NanoSystems originalmente para aplicaciones aeroespaciales, como, por ejemplo, cámaras altamente sensibles que necesitan una mínima interferencia de luz para detectar estrellas distantes, informa la revista ‘Automobile’. Compuesto por nanotubos de carbono 5.000 veces más delgados que un cabello humano, vantablack absorbe casi el 99% de la luz y refleja casi cero, por lo que los objetos pintados con esta substancia se perciben como bidimensionales.

De acuerdo con los reportes, en el 2017 la pintura completamente negra ingresó al mercado libre y artistas, arquitectos y diseñadores comenzaron a utilizarla en sus proyectos. Ahora, por primera vez, se ha aplicado a un automóvil y en septiembre el BMW X6 Vantablack aparecerá ante los visitantes del Salón del Automóvil de Frankfurt (Alemania).

Lamentablemente, los desarrolladores admiten que Vantablack aún no es adecuado para el uso industrial, ya que la pintura no es lo suficientemente resistente al estrés mecánico. Así, por ejemplo, puede deteriorarse después del lavado. No obstante, los especialistas de Surrey NanoSystems están trabajando para resolver este problema.