Unos microrobots en el intestino podrían detectar los signos tempranos del cáncer de colon
Según Digestive Cancers Europe, el cáncer de colón es la segunda causa principal de muerte por cáncer. La tasa de supervivencia varía entre los países europeos debido a los enfoques sanitarios nacionales y a las estrategias de tratamiento locales. Aunque la detección temprana puede mejorar de forma notable el desenlace clínico de los enfermos de cáncer, la mayoría de los casos se detectan en estadios avanzados. Si se diagnosticara a más pacientes en un estadio temprano (del 13 % actual al 50 %), se podrían salvar 130 000 vidas al año y ahorrar más de 3 000 millones EUR en costes sanitarios. Para facilitar el diagnóstico temprano, el equipo del proyecto OMEGA, financiado con fondos europeos, trabaja en el desarrollo de una nueva forma de interpretar datos potencialmente vitales de microrobots dinámicos que se desplazan por el intestino. «El robot aún está en fase de pruebas de prototipo en un entorno de laboratorio “ex vivo”. En OMEGA nos centramos en desarrollar las nuevas técnicas matemáticas necesarias para interpretar los datos», explica Yang Liu, profesor asociado de Dinámica y Control en la Universidad de Exeter, en el Reino Unido.
Análisis de la respuesta dinámica de los microrobots en el intestino
El robot contiene un imán que puede vibrar al aplicarle un campo electromagnético alterno, que es generado por un panel de bobinas externo. Un médico puede utilizar este panel para dirigir a distancia el robot y desplazarlo desde el recto hasta el ciego para llevar a cabo un exploración clínica. Al desplazarse por las mucosas del intestino grueso, la dinámica del robot cambiará si encuentra lesiones, ya que la resistencia ejercida por estas altera el movimiento del robot. El robot se mueve por sus vibraciones, y este patrón de vibración cambia cuando encuentra con un elemento extraño como, por ejemplo, una lesión. Al poner de manifiesto incluso las lesiones más pequeñas, el robot puede alertar a los profesionales sanitarios de los primeros signos de una anomalía celular. Yang trabajó en el entrenamiento de un algoritmo de inteligencia artificial para reconocer las causas de los movimientos del robot. «Las respuestas dinámicas del robot al atravesar mucosas sanas o anómalas son totalmente diferentes. Utilizamos sensores de desplazamiento y aceleración para la recopilación de datos y desarrollamos técnicas matemáticas para identificar estas diferencias, de este modo se puede predecir qué tipo de lesión (es decir, maligna o benigna) podría atravesar el robot», explica Yang. «Podemos entender este cambio de comportamiento como un cambio de patrón: por ejemplo, su respuesta dinámica podría ser 010101... cuando atraviesa una mucosa lisa, mientras que esta podría se 011011... cuando encuentra una lesión. El sistema que estamos diseñando reconocería el cambio y sería capaz de predecir la causa», agrega Yang
Diseño de microrobots para el diagnóstico temprano del cáncer de colon
En el proyecto se ha logrado demostrar que existen respuestas reconocibles a las anomalías y que éstas se pueden clasificar hasta cierto punto. Este descubrimiento se ha presentado en dos artículos científicos, a saber: «Dynamics of a self-propelled capsule robot in contact with different folds in the small intestine» («Dinámica de un robot cápsula autopropulsado en contacto con diferentes pliegues del intestino delgado»), publicado en la revista «Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation», y doi.org/10.1016/j.jsv.2024.118270 («Nonlinear characteristics identification of an impact oscillator with a one-sided elastic constraint») («Identificación de características no lineales de un oscilador de impacto con una restricción elástica unilateral»), publicado en la revista «Journal of Sound and Vibration». En la actualidad, gracias al respaldo financiero del Consejo de Investigaciones Médicas del Reino Unido, el equipo trabaja en un prototipo integrado de este robot vibratorio para detectar pólipos colónicos y cáncer de colon en estadio temprano. «Estoy encantado con los logros alcanzados hasta el momento, que no habrían sido posibles sin la ayuda de las acciones Marie Skłodowska-Curie. Me alegra saber cómo podemos utilizar robots para la detección temprana. Hemos desarrollado técnicas matemática para interpretar el comportamiento de un robot y, ahora, tenemos que aplicarlas en la vida real», concluye Yang.
Palabras clave
OMEGA, cáncer de colon, detección temprana, microrobots, inteligencia artificial, mucosas, intestino grueso, pólipos colónicos