Où en est le développement des microrobots médicaux

Le corps humain est un labyrinthe de vaisseaux et de tubes, rempli de barrières difficiles à franchir. Cela représente un obstacle majeur pour les médecins : les maladies sont souvent causées par des problèmes difficiles à détecter et difficiles d’accès. De minuscules robots pourraient aider à détecter et à éliminer ces problèmes. Ils pourraient dissoudre les caillots sanguins difficiles à atteindre, combattre les tumeurs et même aider les embryons à s’implanter dans l’utérus.

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Les microrobots médicaux arrivent, affirme Brad Nelson, expert en robotique à l’ETH Zurich. Et ainsi de suite. Et ils pourraient jouer un rôle crucial dans un certain nombre de maladies graves. Dans une publication récente dans Science, Nelson et son co-auteur Salvador Pané affirment que que ces minuscules machines pourraient aider à administrer les médicaments exactement là où ils sont nécessaires dans le corps. Cela pourrait aider à minimiser la toxicité des médicaments. “En ciblant, nous pouvons utiliser des doses plus fortes et peut-être même repenser la façon dont nous traitons certaines de ces maladies”, explique Nelson.

Il y a des raisons pour lesquelles Brad Nelson est si optimiste. Certains de ces robots sont déjà sortis du laboratoire et se sont retrouvés chez de gros animaux, notamment des porcs. Au moins quatre start-up travaillent sur des microrobots médicaux capables de se déplacer « sans attaches » dans le corps. Une de ces sociétés Bionaute, a levé 43 millions de dollars plus tôt cette année pour mener un essai de phase I. L’entreprise prévoit d’utiliser cet argent pour développer des robots de la taille d’une pointe de crayon qui délivreront des médicaments sur le site des tumeurs cérébrales (gliomes) et pénétreront dans les kystes qui bloquent la circulation du liquide céphalo-rachidien dans le cerveau – un symptôme d’une maladie infantile rare. appelé Syndrome de Dandy-Walker.

Mouvement par aimant

« Microrobot » est un terme collectif désignant les robots dont la taille varie d’un micromètre (environ un centième de la largeur d’un cheveu humain) à quelques millimètres. Si le robot est vraiment minuscule, plus petit qu’un micromètre, c’est un nanorobot. Le terme « microbot » peut sembler tentant parce qu’il est vraiment cool, mais c’est « plutôt un terme hollywoodien », explique Nelson.

Les minuscules robots peuvent être constitués de matériaux synthétiques, de matériaux biologiques (robots biologiques ou biobots) ou d’un mélange des deux (robots biohybrides). Beaucoup d’entre eux, y compris ceux que Nelson développe, se déplacent dans le corps à l’aide d’aimants.

Mais d’autres peuvent aussi se déplacer seuls. Récemment, une équipe de chercheurs des universités Tufts et Harvard a rapporté qu’ils ont transformé les cellules trachéales en biobots. La trachée humaine contient des cils qui captent les microbes et les débris. Cependant, les chercheurs ont amené les cellules trachéales à former une microstructure semblable à un organe avec les cils à l’extérieur. En fonction de leur forme et de la couverture de leurs cils, les robots peuvent se déplacer en lignes droites, tourner en rond ou vaciller. Et lorsque les chercheurs ont gratté une tige métallique sur une couche de neurones vivants dans une assiette, les biobots ont envahi cette zone, déclenchant la croissance de nouveaux neurones.

“Il est fascinant et complètement inattendu que les cellules trachéales normales de patients, sans que leur ADN soit modifié, puissent se déplacer d’elles-mêmes et stimuler la croissance des neurones dans une zone endommagée”, déclare Michael Levin, expert en biologie synthétique à l’Université Tufts et leader de l’étude. “Nous étudions actuellement le fonctionnement du mécanisme de guérison pour découvrir ce que ces constructions peuvent faire d’autre.”

Les avantages potentiels de ces microrobots sont énormes. « De nombreuses approches ciblent les maladies vasculaires », explique Brad Nelson. Des microrobots pourraient être injectés et dissoudre les caillots sanguins dans le cerveau pour traiter les patients victimes d’un AVC. Ou encore, ils pourraient réparer les points faibles des vaisseaux cérébraux pour empêcher leur éclatement. Des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie ont développé un microrobot qui pourrait un jour remplacer la brosse à dents.

D’autres équipes travaillent sur des robots qui imitent le sperme – ou sont même fabriqués à partir de sperme. Ils ont développé du sperme de vache recouvert de nanoparticules de fer, appelé IRONSperm, et qui nagent à l’aide d’un champ magnétique tournant. On espère qu’ils pourront être utilisés pour une administration ciblée de médicaments.

Une équipe allemande travaille à son tour sur des microrobots qui facilitent la fécondation en transportant les spermatozoïdes à faible nage jusqu’à l’ovule. Votre système libère même des médicaments pour briser la coquille dure de l’œuf. Le même groupe a également récemment décrit comment les microrobots pourrait être utilisé dans la fécondation in vitro. Dans une procédure typique de FIV, un ovule est fécondé à l’extérieur du corps et l’embryon résultant est transféré dans l’utérus. Cette procédure échoue souvent. Cependant, si les microrobots pouvaient ramener l’embryon dans la trompe de Fallope ou dans la muqueuse utérine, l’embryon pourrait se développer dans des conditions plus naturelles, ce qui pourrait améliorer les taux d’implantation. Les chercheurs imaginent des microrobots contrôlés par des champs magnétiques qui pourraient saisir ou transporter un embryon, le libérer puis le dégrader naturellement.

Obstacles techniques et juridiques

Il existe néanmoins des obstacles importants que les entreprises doivent surmonter avant de pouvoir utiliser des robots médicaux sur des humains. Certains sont de nature technique. “Ce sont de très petits systèmes”, explique Victoria Webster-Wood, ingénieure en mécanique à l’Université Carnegie Mellon qui développe des robots biohybrides. Cela ne facilite pas la navigation dans un fluide corporel relativement visqueux comme le sang : “Donc, si le flux se déplace très rapidement, il est difficile pour le robot d’aller dans l’autre sens”, dit-elle.

D’autres obstacles sont d’ordre juridique. Bien que les microrobots soient considérés comme des dispositifs médicaux, ils peuvent également administrer des médicaments. “Nous parlons d’une combinaison de médicament et de dispositif”, explique Nelson. “Le médicament est peut-être bien connu, mais nous espérons que sa concentration sera significativement différente des concentrations normales. Cela pourrait signifier que les régulateurs nécessiteront des études supplémentaires.”

Comme Nelson, Webster-Wood travaille dans ce domaine depuis des années et se réjouit que les microrobots retiennent enfin l’attention. “Le sujet a tellement évolué au cours des dix dernières années seulement”, déclare Webster-Wood, “je pense que le potentiel d’une mise en œuvre concrète est enfin là”.

(jl)