Microoalgas magnetizadas viajarán por tu cuerpo como robots con una misión
Crean microrobots biohíbridos a partir de microalgas magnetizadas que son capaces de nadar en entornos viscosos y confinados, como la sangre y los vasos sanguíneos. Este avance abre nuevas posibilidades para la administración de fármacos y la biomedicina del futuro.
Por Enrique Coperías
Ilustración de un alga cubierta de material magnético. Cortesía: MPI-IS / A. Posada
Un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes (MPI-IS) de Stuttgart, en Alemania, ha desarrollado un microrrobot biohíbrido con recubrimiento magnético, cuya capacidad natatoria permanece intacta a pesar del revestimiento. El equipo del Departamento de Inteligencia Física del MPI-IS ha publicado los interesante resultados de su estudio en la revista Matter, especializada en ciencia de materiales.
En la naturaleza, las microalgas unicelulares de diez micras destacan por ser una criaturas nadadoras eficientes, que logran «nadas como pez en el agua» impulsadas por sus dos flagelos delanteros en forma de látigo.
Sin embargo, no estaba claro qué ocurriría si los científicos recubrieran estas microalgas con una fina capa de quitosano, un polímero natural que facilita la adherencia, mezclado con nanopartículas magnéticas. ¿Seguiría siendo capaz este microrobot biohíbrido de moverse por espacios reducidos y atravesar un fluido viscoso con la consistencia del moco?
A una velocidad de doce longitudes corporales por segundo
Los investigadores descubrieron que sus micronadadores biohíbridos apenas se veían afectados por la carga extra. Gracias a sus flagelos, que generan un movimiento ondulatorio, las algas avanzaban con rapidez, has alcanzar una velocidad media de 115 micrómetros por segundo o 0.000115 metros por segundo. Esto equivale a doce longitudes corporales por segundo. En comparación, un nadador olímpico como Michael Phelps logra aproximadamente 1,4 longitudes corporales por segundo. Cabe destacar que esta microalga es simplemente una célula sin extremidades.
Las científicas Birgül Akolpoglu y Saadet Fatma Baltaci, codirectoras del estudio, pertenecen al Departamento de Inteligencia Física del MPI-IS. Hace algunos años, investigaron cómo controlar magnéticamente microorganismos bacterianos en medios fluidos para aplicaciones en la administración de fármacos.
En esta ocasión, su enfoque se centra en la modificación de las microalgas para vestirlas con un recubrimiento magnético, lo que permite que las investigadoras controlar su movimiento mediante campos magnéticos externos. Gracias a esta funcionalización, las microalgas pueden ser dirigidas a voluntad, convirtiéndose así en microrobots autónomos.
Nadar a través de un laberinto angosto
El recubrimiento celular se realiza en pocos minutos y con gran eficacia: el recubrimiento con nanopartículas magnética se hace efectivo en nueve de cada diez microalgas. Para evaluar su eficacia, el equipo alemán probó la desenvoltura del microrrobot biohíbrido en un líquido de baja viscosidad, como el agua.
Utilizando campos magnéticos externos, los científicos pudieron controlar la dirección en la que nadaban las microalgas. A continuación, dirigieron a los minirrobot hacia unos cilindros en miniatura impresos en 3D, diseñados para crear un entorno altamente confinado en el que los pasadizos de mayor calibre eran de solo tres veces el tamaño de las diminutas microalgas.
Para comprobar si la dirección era correcta, el equipo instaló dos sistemas diferentes: uno con bobinas magnéticas y otro con imanes permanentes alrededor de su microscopio. Crearon un campo magnético uniforme y cambiaron repetidamente su dirección.
Un miniGPS biológico
«Descubrimos que los biohíbridos de microalgas navegan a través de microcanales impresos en 3D de tres maneras: retrocediendo, cruzando y avanzando mediante guía magnética —explica Birgül Akolpoglu, coautora del estudio. Y añade—: Sin control magnético, las microalgas funcionalizadas quedaban atascadas y retrocedían. En cambio, con el campo magnético, lograban desplazarse con fluidez y evitar obstáculos».
En palabras de Akolpoglu, «este sistema les otorga una navegación más precisa, similar a un mini GPS biológico».
A continuación, el equipo incrementó la viscosidad del medio y volvió a probar el desplazamiento de los microrobots biohíbridos en espacios confinados.
Repartidores de medicamentos
«Queríamos comprobar el desempeño de nuestros microrrobots biohíbridos en un fluido con propiedades similares al moco. Descubrimos que la alta viscosidad afecta su dinámica de nado, reduciendo su velocidad y modificando su trayectoria —explica Baltaci. Y continúa—: Al aplicar el campo magnético, observamos que los biohíbridos oscilaron y avanzaron en zigzag, lo que indica que el ajuste de la viscosidad y el control magnético pueden optimizar la navegación en entornos complejos».
«Nuestra visión es utilizar estos microrobots biohíbridos en entornos confinados como los tejidos humanos. Estos hallazgos abren nuevas posibilidades para la administración selectiva de fármacos, proporcionando una solución biocompatible con un gran potencial para la biomedicina y otras aplicaciones», concluye el equipo de investigación. ▪️
Información facilitada por el Max Planck Institute for Intelligent Systems
Fuente: Akolpoglu, Mukrime Birgul et al. Navigating microalgal biohybrids through confinements with magnetic guidance. Matter (2025). DOI: 10.1016/j.matt.2025.102052
