Cómo funcionan los microrrobots de microalgas que prometen mejorar el tratamiento del cáncer de vejiga

El cáncer de vejiga es el noveno tipo de cáncer más común en el mundo: en 2022, la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) de la Organización Mundial de la Salud (OMS) registró más de 600.000 diagnósticos y más de 220.000 muertes por la enfermedad. Se trata, además, de uno de los cánceres más difíciles y costosos de diagnosticar y tratar: alrededor del 25% de los casos se detectan en etapas avanzadas, cuando las opciones terapéuticas son más limitadas.

Frente a ese panorama, investigadores de la University of Edinburgh desarrollaron microrrobots fabricados a partir de microalgas naturales capaces de transportar doxorrubicina (un fármaco de quimioterapia) directamente al tumor y liberarla de forma controlada mediante campos magnéticos y navegación por ultrasonido en tiempo real.

En pruebas preclínicas con modelos animales, en este caso ratones, el sistema superó diez veces la penetración del fármaco lograda con la instilación intravesical convencional y redujo la carga tumoral a menos del 3% de la observada con el tratamiento estándar tras una semana de terapia, según el estudio publicado en Nature Nanotechnology.

El trabajo parte de una limitación conocida de la quimioterapia intracavitaria para vejiga. “Los métodos actuales tienen una eficacia limitada por la insuficiente localización del tumor y la escasa penetración del fármaco a través de barreras tisulares en condiciones fisiopatológicas”, señala el resumen de Nature Nanotechnology. En términos más directos: los medicamentos no alcanzan las capas más profundas de la lesión.

El estudio recuerda que el tratamiento estándar consiste en la resección transuretral del tumor seguida de instilación intravesical de agentes terapéuticos, un procedimiento en el que el fármaco se introduce directamente en la vejiga a través de un catéter. El problema, según Nature Nanotechnology, es triple: el medicamento no apunta bien al tumor, no logra atravesar sus capas protectoras y se pierde cada vez que la vejiga se vacía.

Cómo funcionan los microrrobots de microalgas

La solución propuesta combina microalgas naturales con control magnético. Los investigadores fabricaron microrrobots biohíbridos a partir de la microalga Coscinodiscus granii, cuya estructura nanoporosa permite cargar doxorrubicina y liberarla de forma controlada, según Nature Nanotechnology.

Las microalgas son biocompatibles y biodegradables, lo que permite usarlas de forma segura en el organismo; además, son abundantes en la naturaleza, de bajo costo y aptas para producción a escala, según el comunicado de la University of Edinburgh.

La University of Edinburgh indicó que estos dispositivos miden unos 80 micrómetros de diámetro, un tamaño comparable al grosor de un cabello humano. Nature Nanotechnology detalló que alcanzaron una eficiencia máxima de carga del fármaco de 27,95% y que incorporan nanopartículas de magnetita en la superficie para responder a campos magnéticos externos.

El mecanismo combina tres elementos. “Nuestro enfoque aprovecha retroalimentación de imágenes con inteligencia artificial para la navegación autónoma, el control multimodal mediante magnetita para reconfigurar el enjambre y la difusión convectiva ajustada al flujo para la liberación terapéutica cuando se necesita”, explica el resumen del estudio en Nature Nanotechnology.

El sistema usa imágenes en tiempo real para guiar los microrrobots, campos magnéticos para mover el enjambre y corrientes microscópicas para liberar el medicamento en el sitio exacto.

En ese sentido, Qi Zhou, docente de informática biomédica del Institute for Neuroscience and Cardiovascular Research de la University of Edinburgh, describió el funcionamiento en estos términos: “Nuestros microrrobots están fabricados a partir de microalgas con forma de tableta, pueden ser guiados de forma remota hasta el tumor mediante retroalimentación de imágenes en tiempo real y liberan los fármacos exactamente donde se necesitan para impulsar una penetración rápida en el tejido de manera mínimamente invasiva."

El seguimiento se realiza con imágenes de ultrasonido en tiempo real. Con esa guía, los investigadores controlan cómo el enjambre rueda o gira dentro de la vejiga para alternar entre el transporte del fármaco y su liberación localizada. El movimiento coordinado de los microrrobots a través de espacios reducidos es comparable, según el equipo, al desplazamiento en grupo de cardúmenes de peces o bandadas de aves.

Qué resultados mostró la terapia en ratones

Los experimentos preclínicos abarcaron modelos de laboratorio y animales. Según Nature Nanotechnology, la rotación aceleró la liberación de doxorrubicina desde los microrrobots, con aumentos de 25,3%, 83,2% y 143,1% a una, tres y cinco Hz, respectivamente, frente a controles inmóviles.

En ensayos con barreras que imitan el tejido tumoral, la revista registró una mejora de 155% en la fluorescencia total y una penetración de unos 300 micrómetros más en hidrogel tras cinco minutos. En esferoides tumorales, la intensidad de fluorescencia subió 368,6% y la profundidad de penetración aumentó unos 150 micrómetros en 20 minutos.

En vejiga de ratón, Nature Nanotechnology informó que la fluorescencia total a las dos horas llegó a 247,8% de la observada con colorante libre después del lavado. En tumores ortotópicos de vejiga, la intensidad media de fluorescencia en la región tumoral aumentó 1.083,6% frente a la doxorrubicina libre y la relación entre zona tumoral y no tumoral pasó de 0,56 a 3,6.

La University of Edinburgh destacó que el tratamiento en ratones podía completarse en unos 30 minutos, frente a tiempos de exposición mucho más largos en terapias convencionales. Nature Nanotechnology añadió que el protocolo preclínico duró una semana, con cuatro tratamientos intravesicales en días alternos.

Al final de ese ensayo, la bioluminiscencia del grupo tratado cayó a 2,36% de la del grupo con doxorrubicina libre y a 0,59% de la del grupo PBS, según Nature Nanotechnology. La University of Edinburgh resumió ese resultado: la carga tumoral quedó por debajo del 3% de la observada en el grupo de tratamiento convencional.

Qué falta antes de probarlo en pacientes

El avance sigue en fase preclínica. “Nuestro sistema de liberación de fármacos ofrece una solución no invasiva para superar barreras biológicas complejas y mejorar la eficacia y la seguridad de la quimioterapia intracavitaria”, sostiene el resumen de Nature Nanotechnology.

La University of Edinburgh señaló que los microrrobots ayudan a que los fármacos penetren con más profundidad y limiten el daño a células sanas. El trabajo también indicó que no detectó toxicidad sistémica en las condiciones ensayadas: el peso de los animales se mantuvo estable durante la terapia y la histología de órganos principales, junto con la bioquímica sérica, no mostró toxicidad relacionada con el tratamiento.

Zhou afirmó que ya hay conversaciones sobre estudios de seguimiento con hospitales, con la meta a largo plazo de llegar a ensayos clínicos tras más validación preclínica y revisión regulatoria. Por ahora, la propuesta apunta a una quimioterapia intravesical más dirigida, con navegación remota y liberación localizada, sin dañar de forma apreciable el tejido sano.