Nuevo grupo para afrontar los retos sanitarios de la ginecología y la infertilidad

Mariana Medina Sánchez es una destacada ingeniera mecatrónica colombiana. Tras obtener su doctorado en el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) en Barcelona, se incorporó al Instituto Leibniz de Dresden (IFW Leibniz), en Alemania, y ha centrado su carrera en el desarrollo de microrrobots médicos para la reproducción asistida y liberación localizada de terapias para el tratamiento de cáncer ginecológico.  A principios de 2024, Mariana Medina Sánchez se incorporó a nanoGUNE como investigadora Ikerbasque, donde está formando su nuevo grupo de investigación y poniendo en marcha un nuevo laboratorio para dar continuidad a su carrera investigadora.

Una de las líneas de investigación que Medina Sánchez ha abierto en nanoGUNE se centra en el desarrollo de micro y nanoherramientas para el transporte y liberación de gametos o embriones con el objetivo de asistir la reproducción in vivo en casos de infertilidad. La infertilidad plantea un desafío médico significativo, de hecho 1 de cada 6 parejas sufren de infertilidad en el mundo, y la fertilización in vitro representa una buena alternativa de reproducción asistida. Sin embargo, las tasas de transferencia de embriones son bajas, puesto que solamente una tercera parte de las mujeres llegan a un embarazo clínico. Por ello, “investigar un método para transportar y liberar gametos o embriones de alta calidad en las trompas de Falopio puede ser esencial. A nivel experimental, este método garantizará un entorno más fisiológico para el embrión y sincronizado con la preparación endometrial. Nuestro grupo desarrollará microrrobots multifuncionales para la transferencia no invasiva de espermatozoides o embriones, así como herramientas de imagen in vivo para guiar a estos microrrobots en organismos vivos usando campos magnéticos o por ultrasonido de forma remota”, señala la prof. Medina Sánchez.

De hecho, “en uno de mis últimos trabajos —comenta Medina Sánchez— pretendemos revolucionar la atención sanitaria desarrollando microrrobots biocompatibles y biodegradables diseñados para ayudar en el transporte y liberación de terapias localizadas.  Estos microrrobots son blandos, biodegradables y están cargados con medicamentos en forma de cápsulas diminutas (de entre 20 y 120 micrómetros de diámetro). Tienen la capacidad de moverse de forma autónoma gracias a un control magnético, funcionando durante más de 10 horas. Además, incluyen nanorreactores enzimáticos que permiten su autodestrucción programada y agentes que facilitan su seguimiento en tiempo real mediante ultrasonidos y técnicas fotoacústicas. Esta tecnología pone de relieve el potencial de una nueva generación de portadores de fármacos controlables para terapias precisas y menos invasivas”, añade Mariana Medina Sánchez. 

Según la responsable del grupo Nanobiosistemas de nanoGUNE, “aunque nos centramos principalmente en abordar los retos sanitarios de la ginecología y la infertilidad, nuestra investigación también aborda cuestiones médicas más amplias, contribuyendo a soluciones en diversos campos como el diagnóstico temprano de enfermedades infecciosas como el SARS-CoV-2 y el desarrollo de microandamios para investigar la diferenciación, proliferación y migración de células madre para elestudio de la formación ósea a nivel de célula individual”. 

Las líneas de investigación del grupo incluyen el desarrollo de nanobiosensores microfluídicos avanzados para la detección de niveles mínimos de analitos en muestras reales, como biomarcadores de cáncer y factores de infertilidad, utilizando técnicas de micro y nanofabricación y espectroscopía. Además, se explorarán micro- y nanorobots médicos, inspirados en la naturaleza y diseñados para operar a nivel celular, que facilitan diagnósticos y terapias in vivo, incluido el suministro controlado de fármacos.

El grupo también se dedicará a la creación de sistemas inteligentes de sensores y actuadores en plataformas de órgano-en-un-chip, que no solo replican ciertas características anatómicas, sino también aspectos del microambiente y del epitelio, como el de las trompas de Falopio. Esto permitirá optimizar el diseño y la función de las herramientas desarrolladas para diagnóstico y tratamiento in situ y de forma personalizada, contribuyendo así a reducir el número de experimentos en animales. Asimismo, se trabajará en el desarrollo de tecnologías de imagen y control in vivo que garanticen el funcionamiento de estos micro y nanodispositivos en entornos biológicos complejos

Colaboraciones y nuevos laboratorios

Para llevar a cabo todas estas líneas de investigación de vanguardia, nanoGUNE ha contado con la colaboración de IIS Biogipuzkoa, puesto que se ha establecido un laboratorio compartido para el testeo de estas herramientas in vivo, facilitando el acceso de tejidos y muestras relevantes de pacientes. 

El laboratorio de nanoGUNE dispone de innovadores equipos, incluyendo un sistema de control por lazo cerrado que utiliza campos magnéticos en tres dimensiones para la manipulación remota de estos microrrobots en tejidos subyacentes. Este sistema está acoplado a tecnologías de imagen por ultrasonido y fotoacústica, y emplea algoritmos de deep learning para mejorar la eficiencia en la detección de microrrobots. Además, ofrece la posibilidad de optimizar trayectorias y adaptar el movimiento de los microrrobots en condiciones dinámicas. 

Además, disponemos de un laboratorio de cultivo celular equipado con diversas técnicas de caracterización. En este laboratorio, se han instalado varios microscopios de fluorescencia acoplados a sistemas de control magnético y micromanipulación. NanoGUNE también cuenta con una sala blanca que alberga varios equipos de litografía, incluyendo un dispositivo recientemente adquirido para la impresión 3D de microestructuras mediante absorción de dos fotones. Asimismo, disponemos de equipos de deposición de metales y óxidos, lo que permite la fabricación de micro y nanodispositivos de diversas naturalezas. En el laboratorio compartido con Biogipuzkoa, se instalará otro equipo preclínico de imagen biomédica, que estará acompañado por un sistema escalado para el control magnético in vivo de estos dispositivos.

La adquisición del nuevo equipamiento científico necesario para desarrollar las líneas de investigación del grupo ha sido cofinanciado por el Programa Red de la Diputación Foral de Gipuzkoa.

Mariana Medina Sánchez

Mariana Medina Sánchez es Ingeniera Mecatrónica por la Universidad de San Buenaventura de Bogotá (Colombia), tiene un Máster en Nanotecnología y es Doctora en Biotecnología por el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) de Barcelona y la Universidad Autónoma de Barcelona. Durante su estancia en Barcelona, la Dra. Medina Sánchez se centró en el desarrollo de biosensores electroquímicos basados en nanomateriales e impresión por inyección de tinta para el diagnóstico de enfermedades como el Alzheimer. Tras finalizar su tesis doctoral, se incorporó al Instituto Leibniz de Dresden (IFW Leibniz), en Alemania, como investigadora posdoctoral donde contribuyó al avance de los microportadores accionados magnéticamente para el transporte de esperma inmóvil y desempeñó un papel crucial en el desarrollo de microsensores enrollados ultrasensibles para la detección de ácidos nucleicos. En dos años fue ascendida a jefa del Grupo de Ingeniería Micro y Nanobiomédica en el mismo instituto. La Dra. Medina Sánchez encabezó los esfuerzos relacionados con los microrrobots médicos, centrándose en la fertilización asistida y la administración selectiva de fármacos. Su trabajo abarcó el diseño de microrrobots óptimos, el estudio de micromotores basados en esperma en entornos complejos y, recientemente, el avance en el seguimiento en tiempo real y en tejidos profundos de estos micromotores, un paso fundamental hacia su aplicación en organismos vivos. 

Reconocida por sus contribuciones, en 2019 obtuvo una prestigiosa subvención de la Comisión Europea de Investigación en la categoría ERC Starting Grant para trabajar en su proyecto MIcroGIFT en el desarrollo de microrrobots para ayudar en las técnicas de reproducción. Desde 2020, ha ocupado el puesto de jefa de grupo independiente en el IFW Leibniz y del B CUBE en la TU Dresden. También recibió la distinción de joven investigadora de la Facultad de Medicina en la TU Dresden, un reconocimiento otorgado únicamente a investigadores jóvenes con una trayectoria académica destacada que han demostrado independencia en su trabajo. A inicios de 2024 se incorporó a CIC nanoGUNE como investigadora Ikerbasque y Jefa del grupo de Nanobiosistemas.