Espermatozoides robóticos

Parte de una serie sobre
Movimiento microbiano y microrobot
Micronadadores
Taxones Motilidad bacteriana correr y dar volteretas espasmos Deslizándose Locomoción protista ameboides
Taxis Aerotaxis (oxígeno) Anemotaxis (viento) Quimiotaxis (sustancias químicas) Electrotaxis (corriente eléctrica) Gravitaxis (gravedad) Magnetotaxis (campo magnético) Fototaxis (luz) Reotaxis (flujo de fluidos) Termotaxis (temperatura)
Kinesis Kinesis quimiocinesis fotocinesis
Microbots y partículas Microbótica Nanorobótica Nanomotores Máquina de ADN Micropartícula Nanopartícula Partículas de Janus Partículas autopropulsadas Robótica de enjambre
Biohíbridos Micronadadores biohíbridos biohíbridos bacterianos biohíbridos protistas esperma robótico
Movimiento colectivo Materia activa Movimiento colectivo de bacterias Migración celular colectiva Detección de quórum Movilidad en enjambre
Motores moleculares
Motores biológicos Flagelo arqueo cilio axonema interruptor de motor intraflagelar evolución Proteínas motoras miosina kinesina dineína
Motores sintéticos Motor molecular sintético Modelado molecular Hélice molecular sensor molecular lanzadera molecular Pinzas moleculares
Relacionado Motor browniano Biochip Endocitosis Migración axófila Citoesqueleto procariota eucariota transmisión citoplasmática sustancia viscosa gris Mucílago Biofísica molecular Máquina molecular Nanoingeniería Bacterias inmóviles Virofísica
Categoría
en a mi

Los espermatozoides robóticos (también llamados espermatozoides robot ) son microrobots biohíbridos que consisten en células espermáticas y microestructuras artificiales. ^{[1] [2] [3]} Actualmente existen dos tipos de espermatozoides robot. El primer tipo, el espermatozoide robot tubular, consiste en un solo espermatozoide que se captura dentro de un microtubo. Las células espermáticas individuales de toro ingresan a estos microtubos y quedan atrapadas dentro. La cola del espermatozoide es la fuerza motriz del microtubo. ^[1] El segundo tipo, el espermatozoide robot 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 similar al de un tornillo. Ambos tipos de espermatozoides robot pueden guiarse por campos magnéticos débiles. ^[2] Estos dos diseños de espermatozoides robot son microdispositivos híbridos, consisten en una célula viva combinada con accesorios 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 Magnetosperm que están hechos de una estructura polimérica flexible recubierta con una capa magnética y pueden ser activados por un campo magnético. ^[4]

Inicialmente, los microtubos para los robots espermáticos tubulares se fabricaron utilizando nanotecnología de enrollado sobre fotorresistencia . ^[5] En este proceso, se depositaron películas delgadas de titanio y hierro sobre una capa de sacrificio. Cuando se retiró la capa de sacrificio, las películas delgadas se enrollaron en microtubos de 50 μm de largo con un diámetro de 5 a 8 μm. Más tarde, los microtubos se fabricaron a partir de un polímero sensible a la temperatura para permitir la liberación controlada de los espermatozoides tras un pequeño cambio de temperatura de unos pocos grados. ^[6]

Los espermatozoides 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, los microtubos se han funcionalizado con proteínas o quimioatrayentes de esperma . Esto se ha hecho utilizando la química del tiol una vez que los tubos están enrollados o transfiriendo las moléculas con un sello de elastómero sobre el material antes de enrollar los tubos. ^[7]

Los robots espermáticos helicoidales se ensamblan colocando 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 acoplado de forma flexible a la hélice y se puede liberar invirtiendo la rotación de la hélice, lo que permite que se retire de la cabeza y libere la cola confinada en el proceso. Estas microhélices se fabricaron mediante litografía láser directa y se recubrieron con níquel o hierro para magnetizarlas. ^[2]

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

Los espermatozoides son prometedores para su posible aplicación en la manipulación de células individuales y la reproducción asistida , pero también para la administración dirigida de fármacos . Un estudio reciente muestra que los espermatozoides tubulares modificados se pueden utilizar 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 accionamiento de la microestructura magnética y puede impulsarlo a los esferoides cancerosos . En esta ubicación, el espermatozoide cargado con el fármaco se libera mediante un mecanismo de resorte y el espermatozoide entrega el fármaco a las células cancerosas.

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