La medicina reproductiva está viviendo una auténtica revolución tecnológica. Los avances en ciencia de materiales, microfabricación y nanotecnología han abierto la puerta a nuevas herramientas de diagnóstico y tratamientos cada vez más precisos y personalizados. El grupo de Nanobiosistemas de CIC nanoGUNE, liderado por la investigadora Ikerbasque Mariana Medina-Sánchez, ha publicado un estudio en ‘Advanced Materials’, en el que han desarrollado catéteres robotizados miniaturizados no invasivos y precisos para su uso en medicina reproductiva y salud ginecológica.

Cuénteme cómo empezó el proyecto de microrrobótica para reproducción asistida.

Me incorporé al Instituto Leibniz de Ciencia de Materiales en Alemania como postdoc. Allí ya estaban empezando a trabajar en microrrobótica biomédica utilizando espermatozoides como fuentes de propulsión para llevar estructuras que podían ser funcionalizadas con fármacos o con otras entidades. Tuve la oportunidad de liderar el grupo durante diez años. Mi contribución ha sido traer estas tecnologías [a Donostia, al CIC nanoGUNE] y mejorarlas para aplicación biomédica, que sean seguras, biocompatibles, y poder avanzar desde experimentos in vitro hasta experimentos en ratones vivos. Ojalá en el futuro podamos trasladarlas a la clínica.

¿Cuál es el objetivo final?

Poder desarrollar tecnologías mínimamente invasivas o microinvasivas, que eviten la realización de cirugía. Que se puedan utilizar las vías de administración naturales que tenemos en el cuerpo humano y desarrollar herramientas a la misma escala de las células para poder llegar a zonas de difícil acceso. En el caso de la reproducción asistida, nuestra finalidad es transportar gametos, espermatozoides o embriones en fase temprana para ayudar a mejorar las tasas de éxito en embarazos. 

Hay diferentes casos de infertilidad.

Está la infertilidad masculina, cuando los espermatozoides tienen poca movilidad. Esos espermatozoides se usan en la clínica inyectándolos directamente en el citoplasma del óvulo. Una vez el embrión empieza a desarrollarse un vitro se transfiere al útero de la mujer. Nuestra idea es poder hacer ese proceso, pero transportando un enjambre de espermatozoides cerca del óvulo en condiciones naturales, aprovechando el incubador natural del cuerpo humano. Hemos demostrado que somos capaces de fertilizar óvulos bovinos con estos espermatozoides magnéticamente guiados hacia el óvulo, por ahora in vitro.  

Por otra parte, están usando esos mismos espermatozoides manipulados magnéticamente para diagnosticar y transportar fármacos anticancerígenos.

Eso es interesante sobre todo en cánceres ginecológicos, como el cáncer de ovario, que se origina en las trompas de Falopio. Son lesiones en fase temprana, por lo que lo ideal sería identificarlas y luego tratarlas antes de que migren al ovario. Hemos demostrado con espermatozoides bovinos y humanos que podemos cargar fármacos anticancerígenos dentro de la cabecita de los espermatozoides. Hemos hecho experimentos in vitro y nuestra meta es poder demostrarlo en modelos vivos. Los resultados han sido prometedores porque son microtransportadores biocompatibles, biodegradables, y están adaptados a moverse en esos ambientes viscosos y complejos. Se fusionan con las células del cáncer como hacen con el óvulo y liberan el fármaco de forma intracelular. Ahora estamos en proceso de regulación con el comité ético para hacer experimentos con ratones.

También está el caso de infertilidad masculina, cuando los espermatozoides son inmóviles.

Para esto desarrollamos flagelas o colas artificiales del espermatozoide. Las adaptamos y controlamos con campos magnéticos rotatorios intentando imitar el movimiento de la flagela. No solamente las guiamos, sino que también las propulsamos. Con este método no hemos demostrado todavía la fertilización in vitro.

«La idea de la transferencia embrionaria con microrrobótica surgió de la clínica. Intentamos que el procedimiento sea en condiciones un poco más naturales»

Las tasas de fertilización con los métodos actuales ya son altas.

El problema son las tasas de implantación embrionaria y las tasas de nacimiento. Por eso, nuestra idea es hacer el proceso en condiciones más naturales y en sincronía con la preparación del endometrio. 

En el caso de pérdida recurrente del embarazo hay otro tratamiento que están explorando.

En vez de transportar los espermatozoides y hacer todo el proceso de fertilización in vivo, estamos explorando transportar embriones en fase temprana hacia las trompas de Falopio para que se desarrollen y lleguen al útero cuando este esté preparado. Las trompas de Falopio son un órgano muy importante para el desarrollo embrionario y para la migración de gametos. Juega un rol importante que es difícil de recrear en el laboratorio. En ratones vivos hemos podido liberar esos embriones. Estamos en fase de mostrar la implantación y el nacimiento de crías.

¿Cómo son los catéteres que han desarrollado?

Buscan formar un puente entre las tecnologías actuales y estos micro-nadadores que no tienen ninguna conexión con el exterior, para que sea más fácil trasladarlo a la clínica. Esos catéteres los puedes controlar desde el exterior, removerlos cuando ya no los necesites, por lo que no queda ningún material dentro del cuerpo humano. Podemos programar la estructura magnéticamente y, además de guiarla, lograr que se comporte como una flagela, con materiales elásticos y suaves que se van adaptando a la anatomía. Tiene un canal interior que podemos utilizar para liberar fármacos, espermatozoides o embriones de forma controlada. Es un dispositivo que lo hemos patentado y que ha dado resultados prometedores.

Tenemos varios proyectos: unos son más visionarios y ambiciosos, y otros más cercanos a lo que podemos trasladar a la clínica, como un paso intermedio. Dentro de eso también están los dispositivos de diagnóstico que son más fáciles de llevar a la clínica por el tema de regulación, porque no introduces nada dentro del cuerpo, sino que tomas muestras y las analizas fuera. 

«La IA está marcando la diferencia porque permite analizar una cantidad de datos muy grande y predecir comportamientos»

¿Estos avances podrían conducir en el futuro a procesos de fecundación asistida completamente automatizados?

No estamos tan lejos. Los embriólogos tienen que estar muchas horas, muchos días seguidos, casi sin descanso, haciendo sus procedimientos y por eso a veces hay errores humanos. Con la robótica y la inteligencia artificial podemos ayudarles a reducir la carga y a que el trabajo sea más preciso. Luego, la inteligencia artificial también está marcando la diferencia porque ahora usando imágenes de microscopía o esas técnicas alternativas de diagnóstico espermático permite analizar una cantidad de datos muy grande y predecir comportamientos basados en esos resultados. También las tecnologías cuánticas se empiezan a ver involucradas porque ha habido algunas demostraciones de sensores cuánticos para análisis de estrés oxidativo de los espermatozoides.

«Las tasas de fertilización son altas. El problema son las tasas de implantación embrionaria y las tasas de nacimiento de bebé sano»

¿Qué necesidades tienen en la clínica?

Hablamos mucho con las clínicas y, por ejemplo, la transferencia embrionaria con microrrobótica fue una idea que surgió de esas discusiones con los clínicos. Hay muchas razones por las que un embrión no se implanta, no necesariamente físicas, pueden ser bioquímicas, genéticas... Nuestra solución no será universal, pero sí intenta aportar para que estos procedimientos sean en condiciones un poco más naturales. Anteriormente, las transferencias en las trompas de Falopio se hacían con cirugía mínimamente invasiva, laparoscopia. 

En cuanto a los diagnósticos, la mayoría se hace por visualización de la morfología, pero no hay un diagnóstico preciso de la integridad del ADN. Hay análisis bioquímicos que mandan las muestras al laboratorio y que tardan semanas en dar los resultados, pero luego para la vez que vas a hacer la fertilización necesitas una muestra nueva, porque puede que haya habido cambios en ese tiempo. Sería ideal poder analizarlo y utilizarlo en el momento. Es una de las cosas que estamos trabajando y que viene de una necesidad de la clínica. 

La transferencia embrionaria tampoco es tan precisa, porque se usan catéteres que son grandes. Se visualiza una burbuja de aire que se pone como agente de contraste, pero el médico nunca está seguro de si se hizo bien la transferencia o no. Depende mucho de la experiencia del médico que está haciendo el procedimiento.

«El objetivo final es poder desarrollar tecnologías mínimamente invasivas o microinvasivas, que eviten la realización de cirugía»

Hábleme de su trayectoria profesional.

Soy de Colombia y allí hice la carrera de Ingeniería Mecatrónica. Trabajaba la robótica pero a escala grande. Nuestra especialidad era la automatización de equipos y la robótica móvil. Me empecé a interesar por las aplicaciones biomédicas por un caso particular que tuve en mi familia de cáncer. Fue un momento decisivo para cambiar, usando mi formación en ingeniería pero no tanto para aplicaciones industriales sino para aplicaciones biomédicas. Me empecé a interesar en la pequeña escala. Creo que ha sido una buena decisión, porque después me moví para Barcelona a estudiar Nanotecnología y Biotecnología y eso me dio otras herramientas que me ayudaron a tener una visión más interdisciplinar. De hecho, ahora hacemos también robótica, de otra manera. 

Han establecido el laboratorio en CIC nanoGUNE. ¿Cómo es su equipo de trabajo?

Tuve la fortuna de que algunos de mis estudiantes vinieron conmigo desde Alemania. Aquí se contrataron nuevas personas. Tenemos dos embriólogos y una ginecóloga que está de visitante y trabaja en una clínica de fertilidad con la que colaboramos. Tenemos investigadores del ámbito de la física, de la biología, de ciencia de materiales, de imagen biomédica y control... Es ambicioso porque es un grupo pequeño muy diverso. Las personas son de diferentes países: Alemania, Turquía, EEUU, India, México y Colombia.

El grupo funciona muy bien no solo científicamente, sino también a nivel humano, que es lo más importante para trabajar de forma harmónica. Aunque llevamos poco tiempo, ya se están empezando a ver los frutos.