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Articulo de referencia

espermatozoides robóticos

Los espermatozoides robóticos (también llamados espermatobots ) son microrobots biohíbridos que consisten en células espermáticas y microestructuras artificiales. [ 1 ] [ 2 ] [ ...

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Los espermatozoides robóticos (también llamados espermatobots ) son microrobots biohíbridos que consisten en células espermáticas y microestructuras artificiales. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Actualmente existen dos tipos de espermatozoides robóticos. El primer tipo, el espermatobot tubular, consiste en una sola célula espermática que se encuentra dentro de un microtubo. Las células espermáticas individuales de toro entran en estos microtubos y quedan atrapadas en su interior. La cola del espermatozoide es la fuerza impulsora del microtubo. [ 1 ] El segundo tipo, el espermatobot helicoidal, es una pequeña estructura helicoidal que captura y transporta células espermáticas individuales inmóviles. En este caso, un campo magnético giratorio impulsa la hélice en un movimiento helicoidal. Ambos tipos de espermatozoides robóticos pueden ser guiados por campos magnéticos débiles. [ 2 ] Estos dos diseños de espermatozoides robóticos son microdispositivos híbridos, que consisten en una célula viva combinada con aditamentos sintéticos. Existen otros enfoques para crear microdispositivos puramente sintéticos inspirados en la natación de los espermatozoides naturales, es decir, con un diseño biomimético , por ejemplo los llamados magnetospermos, que están hechos de una estructura polimérica flexible recubierta con una capa magnética y pueden ser accionados por un campo magnético. [ 4 ]

Diseño

espermatozoides robóticos tubulares

Inicialmente, los microtubos para los espermatobots tubulares se fabricaron utilizando nanotecnología de enrollamiento sobre fotorresina . [ 5 ] En este proceso, se depositaron películas delgadas de titanio y hierro  sobre una capa de sacrificio. Al retirar la capa de sacrificio, las películas delgadas se enrollaron formando microtubos de 50 μm de longitud con un diámetro de 5 a 8  μm. Posteriormente, los microtubos se fabricaron con un polímero termosensible para permitir la liberación controlada de los espermatozoides ante un pequeño cambio de temperatura de unos pocos grados. [ 6 ]

Los espermatobots tubulares se ensamblan añadiendo una gran cantidad de microtubos a una muestra de esperma diluida bajo el microscopio. Los espermatozoides entran aleatoriamente en los microtubos y quedan atrapados en su cavidad ligeramente cónica. Para aumentar la eficiencia de acoplamiento entre los espermatozoides y los microtubos, estos últimos se han funcionalizado con proteínas o quimioatrayentes de esperma . Esto se ha logrado mediante química de tioles una vez que los tubos se han enrollado o transfiriendo las moléculas con un sello de elastómero al material antes de enrollar los tubos. [ 7 ]

espermatozoides robóticos helicoidales

Los espermatobots helicoidales se ensamblan al desplazar una microhélice magnética sobre un espermatozoide individual, confinando así su cola dentro del lumen de la hélice y empujando la cabeza del espermatozoide hacia adelante. El espermatozoide está débilmente acoplado a la hélice y puede liberarse invirtiendo la rotación de esta, lo que permite que se separe de la cabeza y libere la cola confinada. Estas microhélices se fabricaron mediante litografía láser directa y se recubrieron con níquel o hierro para su magnetización. [ 2 ]

Los espermatozoides robóticos pueden ser guiados mediante campos magnéticos externos débiles de unos pocos mT . Estos campos pueden generarse mediante imanes permanentes o mediante un sistema de electroimanes . El campo magnético aplicado puede ser homogéneo, rotatorio o con gradiente . [ 8 ] Los espermatozoides robóticos tubulares y helicoidales también pueden ser guiados mediante un sistema de control de bucle cerrado con una bobina electromagnética . [ 9 ]

Aplicaciones

Los espermatobots prometen aplicaciones potenciales en la manipulación de células individuales y la reproducción asistida , así como en la administración dirigida de fármacos . Un estudio reciente muestra que los espermatobots tubulares modificados pueden utilizarse para la administración de fármacos contra el cáncer . [ 10 ] En este caso, el espermatozoide se carga con doxorrubicina . La microestructura artificial fabricada mediante nanolitografía de dos fotones captura el espermatozoide cargado con el fármaco. El espermatozoide es la fuente de activación de la microestructura magnética y puede impulsarlo hacia los esferoides cancerosos . En esta ubicación, el espermatozoide cargado con el fármaco se libera mediante un mecanismo de resorte y el espermatozoide administra el fármaco a las células cancerosas.

Perspectivas

Los espermatozoides robóticos como micronadadores son interesantes para diversas aplicaciones biomédicas, específicamente para nuevas técnicas de fertilización asistida y para la administración dirigida de agentes terapéuticos. Estos micronadadores están diseñados para operar en entornos in vivo , una característica que podría revolucionar las tecnologías de reproducción asistida y la nanomedicina en el futuro. [ 11 ] Están surgiendo nuevos diseños y se pueden derivar numerosas aplicaciones del concepto aquí descrito. [ 3 ] [ 11 ]

Referencias

  1. 1 2 Magdanz, Veronika; Sanchez, Samuel; Schmidt, Oliver G. (2013). "Desarrollo de un microbiorobot impulsado por flagelos de espermatozoides" . Advanced Materials . 25 (45): 6581– 6588. doi : 10.1002/adma.201302544 . PMID 23996782 . 
  2. 1 2 3 Medina-Sánchez, Mariana; Schwarz, Lukas; Meyer, Anne K.; Hebenstreit, Franziska; Schmidt, Oliver G. (2016). "Entrega de carga celular: hacia la fertilización asistida por micromotores portadores de espermatozoides". Nano Letters . 16 (1): 555– 561. Bibcode : 2016NanoL..16..555M . doi : 10.1021/acs.nanolett.5b04221 . PMID 26699202 . 
  3. 1 2 Magdanz, Veronika; Medina-Sánchez, Mariana; Schwarz, Lukas; Xu, Haifeng; Elgeti, Jens; Schmidt, Oliver G. (2017). "Espermatozoides como componentes funcionales de micronadadores robóticos". Advanced Materials . 29 (24) 1606301. doi : 10.1002/adma.201606301 . PMID 28323360 . 
  4. ↑ Khalil, Islam SM; Dijkslag, Herman C.; Abelmann, Leon; Misra, Sarthak (2014). "MagnetoSperm: Un microrobot que navega utilizando campos magnéticos débiles". Applied Physics Letters . 104 (22): 223701. Bibcode : 2014ApPhL.104v3701K . doi : 10.1063/1.4880035 .
  5. ↑ Mei, Yongfeng; Huang, Gaoshan; Solovev, Alexander A.; Bermúdez Ureña, Esteban (2008). "Enfoque versátil para tubos integradores y funcionalizados mediante ingeniería de deformación de nanomembranas en polímeros". Advanced Materials . 20 (21): 4085– 4090. doi : 10.1002/adma.200801589 .
  6. ↑ Magdanz, Veronika; Guix, Maria; Hebenstreit, Franziska; Schmidt, Oliver G. (2016). "Microtubos poliméricos dinámicos para la captura, guía y liberación de espermatozoides mediante control remoto". Advanced Materials . 28 (21): 4084– 4089. doi : 10.1002/adma.201505487 . PMID 27003908 . 
  7. ↑ Magdanz, Veronika; Medina-Sánchez, Mariana; Chen, Yan; Guix, Maria; Schmidt, Oliver G. (2015). "Cómo mejorar el rendimiento de los espermbots". Advanced Functional Materials . 25 (18): 2763– 2770. doi : 10.1002/adfm.201500015 .
  8. ↑ Zhang, Li; Abbott, Jake J.; Dong, Lixing; Kratochvil, Bradley E.; Bell, Dominik; Nelson, Bradley J. (2009). "Flagelos bacterianos artificiales: Fabricación y control magnético". Applied Physics Letters . 94 (6): 064107. Bibcode : 2009ApPhL..94f4107Z . doi : 10.1063/1.3079655 .
  9. ↑ Khalil, Islam SM; Magdanz, Veronika; Sanchez, Samuel; Schmidt, Oliver G.; Misra, Sarthak (2013). "Control tridimensional de bucle cerrado de microjets autopropulsados". Applied Physics Letters . 103 (17): 172404. Bibcode : 2013ApPhL.103q2404K . doi : 10.1063/1.4826141 .
  10. ↑ Xu, Haifeng; Medina-Sánchez, Mariana; Magdanz, Veronika; Schwarz, Lukas; Hebenstreit, Franziska; Schmidt, Oliver G. (2017). "Micromotor híbrido de espermatozoides para la administración de fármacos en el tracto reproductivo femenino". ACS Nano . 12 (1): 327– 337. arXiv : 1703.08510 . doi : 10.1021/acsnano.7b06398 . PMID 29202221 . 
  11. 1 2 Medina-Sánchez, Mariana; Schmidt, Oliver G. (2017). "Los microbots médicos necesitan mejores imágenes y control" . Nature . 545 (7655): 406– 408. Bibcode : 2017Natur.545..406M . doi : 10.1038/545406a . PMID 28541344 .