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Neurociencias | Serpientes robot podrían usarse para operar en el cerebro

por 11 junio, 2020

Neurociencias | Serpientes robot podrían usarse para operar en el cerebro

Captura de video de Brain Snake

Aneurismas, estenosis, coágulos. Estas son solo algunas de las complicaciones que pueden surgir en las pequeñas tuberías que conforman nuestros sistemas circulatorio y respiratorio. Tratar problemas en estas tuberías de milímetros de ancho sin abrirlas ni dañarlas es un serio desafío. Pero recientemente un equipo de científicos ha estado desarrollando una nueva herramienta médica: robots controlados con imanes, capaces de explorar vasos sanguíneos y repararlos, y que incluso podrían ser controlados a distancia.
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La propuesta del equipo de Yonhoo Kim publicada en agosto de 2019 en la revista Science Robotics es un diseño peculiar. Aunque está pensado para navegar por los vasos sanguíneos del cerebro, no tiene mente propia, y a pesar de moverse como serpiente, no tiene músculos. En cambio, su acercamiento al problema fue la síntesis de un material flexible, suave, alargado, lo suficientemente pequeño para navegar por vasos sanguíneos, y que a la vez tiene una punta magnética que puede ser controlada a distancia por un médico, usando campos magnéticos como los que genera un imán. El principal problema para el que están diseñados es el tratamiento de vasos sanguíneos con aneurismas, protuberancias con forma de globo que se pueden formar en nuestros vasos sanguíneos. Debido al estiramiento que se produce, estos pueden fácilmente reventar, causando hemorragias, las cuales pueden ser letales si se producen en algunas áreas del cerebro. A causa de esto es importante tratar aneurismas cuando se presentan, sin embargo la misma fragilidad que los hace un peligro además dificulta operarlos. Su tratamiento es doblemente difícil en el cerebro, ya que pueden estar en zonas remotas donde es preferible no intervenir los alrededores. El cerebro no es un lugar donde uno pueda simplemente escarbar hasta llegar al problema.

Para el equipo, estas demostraciones son solo el comienzo. En una entrevista con Discover Magazine, Kim menciona otras ventajas del método en comparación con los alambres guía. El poder manejar esta herramienta a distancia permite al médico trabajar lejos de las máquinas de visualización, que aunque seguras al nivel de exposición que tiene un paciente, pueden ser dañinas si se está presente a menudo (la razón por la que los doctores salen de la sala durante una radiografía). Esta separación se puede llevar incluso más lejos, lo que permitiría la operación por medio de Internet. Cuando se trata de aneurismas cerebrales, cada segundo cuenta, y el autor cree que este método permitiría operar en hospitales pequeños al conectar la máquina a un experto que el hospital quizá no tenga disponible, en lugar de esperar un traslado o que un especialista ocupado se libere.

La síntesis de estas pequeñas serpientes (a las que los investigadores asignaron el nombre de "robots ferromagnéticos suaves continuos") fue todo un desafío para el equipo. Lograr un material con la suavidad y el control necesario para no reventar aneurismas no fue trivial. Tras arduos estudios para caracterizar materiales magnéticos, pudieron determinar la cantidad exacta de material que es necesario para permitir que el robot se pueda mover sin perder la flexibilidad y suavidad de su otro componente, una silicona. Teniendo estos datos, prepararon una "tinta" de pequeñas partículas de dimeticona, una silicona usada en bálsamos para el cabello, y un 20% de imanes de neodimio, un imán usado en la fabricación de muchos discos duros, audífonos y motores eléctricos. Esta tinta se puede "imprimir" (como una impresora 3D, así como una pasta saliendo de un tubo) o moldear para formar un robot tan largo como sea necesario. Entre las ventajas de usar una silicona como material principal está que no es tóxica y que al cubrir las partículas magnéticas también evita que estas tengan efectos nocivos en el cuerpo, debido a que materiales en base a hierro por sí solos son altamente corrosivos. Finalmente, el robot es cubierto en una capa de hidrogel, un polímero (como la celulosa o los plásticos) que se caracteriza por retener agua y tener muchas aplicaciones biomédicas. Esta capa de hidrogel se encarga de disminuir el roce con la sangre y así permite el impulso del robot con mínimo esfuerzo.

Estos robots, que tienen un diámetro de 0,6 milímetros, se sometieron a diversas pruebas de movilidad (Video). En ellas se ve como el robot explora un modelo que replica (a escala real, con arterias de 2.5 a 3.5 milímetros) el círculo arterial cerebral junto a el área que lo rodea, con múltiples aneurismas agregados. En él demuestran cómo el movimiento por medio de imanes permite navegar sin dificultades por el modelo, visitando los aneurismas sin tocarlos y sin riesgo de reventarlos. Este movimiento es lo que los investigadores señalan es clave para reemplazar técnicas actuales de intervención quirúrgica en las que se usa un alambre de guía con una punta previamente doblada, la cual se orienta manualmente para alinear con los giros y vueltas de los vasos sanguíneos, antes de ser empujada más adentro. Estos alambres están hechos de materiales que permitan ver el avance sin abrir la zona operada (cerebro, corazón, pulmones) a través de fluoroscopia, una técnica para obtener imágenes en tiempo real usando rayos X. La pequeña serpiente robot, en cambio, se controla de manera precisa a modo de no topar con nada, sin límite en cuán lejos puede llegar. Además, los imanes que lo componen tienen una proporción adecuada para ser vista por medio de rayos X, por lo que es compatible con los mismos métodos de imagen usados actualmente para manejar los alambres guía, permitiendo mantener visibilidad dentro del cuerpo sin intervenir quirúrgicamente.

Operación por medio de Internet

Para el equipo, estas demostraciones son solo el comienzo. En una entrevista con Discover Magazine, Kim menciona otras ventajas del método en comparación con los alambres guía. El poder manejar esta herramienta a distancia permite al médico trabajar lejos de las máquinas de visualización, que aunque seguras al nivel de exposición que tiene un paciente, pueden ser dañinas si se está presente a menudo (la razón por la que los doctores salen de la sala durante una radiografía). Esta separación se puede llevar incluso más lejos, lo que permitiría la operación por medio de Internet. Cuando se trata de aneurismas cerebrales, cada segundo cuenta, y el autor cree que este método permitiría operar en hospitales pequeños al conectar la máquina a un experto que el hospital quizá no tenga disponible, en lugar de esperar un traslado o que un especialista ocupado se libere. Esta no es la única mejora que tienen planeada para el pequeño robot. En el mismo artículo se detalla como también pudieron equiparlo con un láser y activarlo dentro de los modelos de prueba, sin sacrificar el control y tamaño del robot. Este láser podría utilizarse para cortar obstrucciones y evitar infartos, y debido a la simpleza del robot seguro también son posibles otras modificaciones.

Estos robots están algo lejos de ser usados en el día a día, pues aún no han pasado por pruebas de toxicidad rigurosas ni se han usado en material vivo. Sin embargo, los autores fueron muy precavidos al elegir los materiales y métodos, y tienen confianza que pronto podrán usarse en ambientes médicos. Y aunque aclaran que esta serpiente está muy lejos de ser un robot autónomo (como quizás algunos imaginaron al leer el título) e insisten en que la responsabilidad sobre la salud del paciente recae en los doctores que manejan estas herramientas, recalcan que el magnetismo permite una separación entre los procesos de miniaturización y control de movimiento del robot. El "cerebro" del robot no está en su cuerpo, si no en quien (o qué) controla los imanes, por lo que lo único que límita la autonomía de estos robots es el desarrollo de un buen programa que los maneje, quizá por medio de inteligencia artificial. De pronto, no es difícil imaginar un futuro en que para evitar un infarto solo tengamos que ir a una limpieza rutinaria de nuestro sistema circulatorio, llevada a cabo por pequeñas serpientes con rayos láser, moviéndose por su cuenta en nuestro cuerpo. Un futuro prometedor, a pesar de que a muchos nos dé escalofríos.

Vínculo al archivo original. Ferromagnetic soft continuum robots: https://robotics.sciencemag.org/content/4/33/eaax7329

Este artículo surge del convenio con el Centro Interdisciplinario de Neurociencia de la Universidad de Valparaíso.

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