Un robot inspirado en serpientes busca transformar los estudios en el intestino delgado: cómo funciona

Un robot blando inspirado en el movimiento de las serpientes logró avanzar unos 2 metros por el intestino delgado de cerdos, tomar biopsias, capturar imágenes y administrar líquidos sin daños visibles en el tejido. El prototipo, desarrollado por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y el Centro Médico UT Southwestern, busca facilitar el acceso a una zona del aparato digestivo que hoy resulta compleja de examinar y tratar.

El dispositivo, denominado BIOSENTER, fue presentado recientemente en la revista científica Science Robotics. Sus creadores consideran que, tras nuevas etapas de desarrollo y pruebas de seguridad, podría utilizarse para atender casos de sangrado gastrointestinal, enfermedad inflamatoria intestinal, obstrucciones, lesiones y tumores ubicados en el intestino delgado.

Este órgano mide cerca de 6 metros, tiene un diámetro aproximado de 2,5 centímetros y se encuentra plegado en una zona profunda del abdomen. Esa combinación dificulta que los médicos alcancen áreas donde pueden aparecer hemorragias, pólipos u otras alteraciones que requieren diagnóstico o intervención.

El procedimiento actual exige entrenamiento y puede prolongarse durante horas

En la actualidad, una de las principales alternativas para examinar el intestino delgado es la enteroscopia de doble balón. El método consiste en avanzar un tubo flexible mientras un profesional infla y desinfla dos balones de manera alternada para impulsar el instrumento por el tracto intestinal.

Aunque el sistema permite llegar a zonas inaccesibles para otros endoscopios, su manejo demanda capacitación especializada y las intervenciones pueden extenderse durante varias horas. Según Binbin Ying, profesor asistente de Ingeniería Biomédica y Medicina Interna en UT Southwestern y coautor principal del estudio, son pocos los gastroenterólogos preparados para realizar este procedimiento.

La nueva plataforma pretende reducir parte de esa complejidad mediante un movimiento automatizable y una estructura capaz de adaptarse a curvas estrechas. “Nuestro objetivo a largo plazo es desarrollar herramientas robóticas que ayuden a los médicos a examinar el intestino delgado de manera más segura y eficiente”, señaló Ying en un comunicado de UT Southwestern.

Un sistema de aire reproduce el avance alternado de una serpiente

El robot tiene forma de cilindro hueco y mide algo más de 9 centímetros. Su cuerpo incorpora cuatro cámaras inflables reforzadas con fibras de Kevlar. Al regular la entrada de aire en cada una de ellas, los operadores pueden alargarlo o doblarlo hacia distintos lados, una mecánica similar a la contracción alternada de los músculos de una serpiente.

Un controlador externo permite dirigir el equipo con una palanca de mando. El dispositivo permanece conectado al exterior mediante un cable, por el que circulan las señales de control y los elementos necesarios para su funcionamiento. En el futuro, podría ingresar al organismo por la boca o por el recto, según la región intestinal que deba evaluarse.

El diseño también incorpora dos zonas expansibles, una en la cabeza y otra en la cola. Estas partes se inflan por turnos para sujetar el robot a la mucosa intestinal y empujarlo hacia adelante. El mecanismo busca evitar la distensión excesiva de un tejido considerado delicado.

Las estructuras de kirigami dan agarre sobre la mucosa intestinal

Para resolver el problema de la superficie resbaladiza del intestino, el equipo cubrió las secciones de anclaje con fundas inspiradas en el kirigami, una técnica japonesa que combina cortes y pliegues para formar estructuras tridimensionales.

Las cubiertas permanecen planas cuando el robot está contraído. Sin embargo, al expandirse los balones de aire, surgen pequeñas puntas tridimensionales que se comportan como escamas. Esa textura aumenta el contacto con la pared intestinal y permite que el equipo avance con menor expansión radial que un balón convencional.

Las pruebas indicaron que estas fundas alcanzaron una fuerza de anclaje cercana a 1,5 newtons sobre la mucosa. En estudios con tejido porcino, BIOSENTER avanzó por 2 metros de intestino delgado en unos 11 minutos, con fuerzas de empuje de entre 2,2 y 6,4 newtons.

Giovanni Traverso, profesor de Ingeniería Mecánica del MIT, gastroenterólogo del Brigham and Women’s Hospital y autor principal del trabajo, explicó que el propósito es automatizar la evaluación de los cerca de 6 a 7,5 metros de intestino delgado que deben recorrerse en algunos diagnósticos.

El robot incorpora cámara, pinzas y un conducto para administrar líquidos

Además de desplazarse, el prototipo dispone de un canal central por el que pueden introducirse herramientas para procedimientos diagnósticos y terapéuticos. Durante los ensayos, los investigadores utilizaron una cámara para obtener imágenes en tiempo real, pinzas para tomar muestras de tejido y un sistema de pulverización de líquidos.

Las pruebas en animales mostraron que el robot pudo ejecutar esas tareas sin signos visibles de lesión o sobredistensión de los tejidos bajo las condiciones evaluadas. La administración de líquido se planteó como un modelo para futuros sistemas de entrega localizada de medicamentos.

Los investigadores trabajan ahora en mejorar la navegación y en incorporar herramientas de inteligencia artificial para optimizar la forma de las fundas de kirigami y el desplazamiento dentro del órgano. Antes de iniciar estudios en personas, el sistema deberá demostrar su seguridad en trayectos más largos, su facilidad de uso y sus resultados frente a la enteroscopia de doble balón.

Ying indicó que el siguiente paso será determinar si las capacidades robóticas de BIOSENTER pueden integrarse a instrumentos clínicos existentes y complementar los procedimientos endoscópicos actuales.