Les scientifiques de l'ETH utilisent des bactéries magnétiques pour contrôler les liquides au niveau micro. Ils envisagent déjà de les utiliser dans la circulation sanguine humaine pour l'administration précise de médicaments anticancéreux à une tumeur.

Les médicaments anticancéreux ont des effets secondaires, donc depuis de nombreuses années, les scientifiques ont exploré des moyens de transporter les substances actives vers une tumeur dans le corps aussi précisément que possible. C'est le seul endroit où les médicaments devraient faire effet. Une approche consiste à les injecter dans la circulation sanguine et à contrôler leur transport dans les petits vaisseaux au niveau des sites tumoraux en modifiant localement le flux sanguin avec de minuscules véhicules. Des laboratoires de recherche ont créé des microrobots dont la forme et la propulsion sont inspirées des bactéries et qui sont suffisamment petits pour être insérés dans les vaisseaux sanguins. Ces microvéhicules peuvent être alimentés de l'extérieur du corps par un champ magnétique en mouvement.

Simone Schürle, professeur au Département des sciences et technologies de la santé, va maintenant plus loin :au lieu de microrobots inspirés de bactéries, elle veut utiliser de vraies bactéries magnétiques. Les chercheurs ont découvert de telles bactéries magnétotactiques dans la mer il y a 45 ans. Ces micro-organismes absorbent le fer dissous dans l'eau; des cristaux d'oxyde de fer se forment à l'intérieur et s'alignent. Comme une aiguille de boussole, ces bactéries s'alignent sur le champ magnétique terrestre afin de pouvoir naviguer dans l'eau de manière dirigée.

Contrôle précis avec des champs magnétiques

Le professeur de l'ETH Schürle et son équipe ont étudié comment utiliser un champ magnétique pour contrôler ces bactéries en laboratoire afin de diriger le flux de liquides de manière contrôlée. Dans leurs expériences, ils n'ont appliqué que des champs magnétiques rotatifs relativement faibles pour faire tourner les bactéries dans les directions souhaitées. Et avec de nombreuses bactéries dans un essaim, il s'est avéré possible de déplacer le fluide qui les entourait. Les bactéries produisent un effet similaire à celui d'une micropompe, ce qui signifie qu'ils sont capables de déplacer les substances actives présentes dans le fluide dans différentes directions, par exemple de la circulation sanguine dans le tissu tumoral. En utilisant des champs magnétiques superposés qui se renforcent ou s'annulent localement, cette activité de pompage peut être confinée à une petite région avec une précision extrême, comme l'équipe de Schürle a pu le montrer dans des simulations.

De plus, le principe peut être mis en œuvre à l'extérieur du corps pour mélanger localement différents liquides entre eux dans de très petits récipients sans avoir à fabriquer et contrôler des micropompes mécaniques.

Mort ou vif

Leur travail est principalement axé sur l'étude de l'approche et la description de la façon dont les bactéries peuvent contrôler le flux. Avant que de telles bactéries puissent être utilisées dans le corps humain, leur sécurité doit d'abord faire l'objet d'une enquête. Cependant, introduire des bactéries dans le corps pour des raisons médicales est une approche que la science poursuit déjà sous le terme de « thérapie vivante, " bien qu'avec d'autres types de bactéries, comme E. coli.

Il devrait également être possible d'utiliser des bactéries non naturelles pour de futures applications médicales. La biologie synthétique peut être utilisée pour construire des bactéries qui présentent des propriétés fonctionnelles optimisées et sont sans danger pour le corps humain, par exemple en ne provoquant pas de réactions allergiques. Schürle peut envisager des traitements utilisant des bactéries qui sont tuées avant leur introduction dans le corps ainsi que des traitements utilisant des bactéries vivantes.

Contrôle fin grâce à l'autopropulsion

On sait également depuis plusieurs décennies que certains types de bactéries anaérobies (qui ne nécessitent pas d'oxygène pour se développer) s'accumulent de préférence dans les tumeurs des patients cancéreux. En d'autres termes, ces bactéries préfèrent naturellement les conditions de faible teneur en oxygène des tumeurs par rapport au reste du corps. Bien que cela ait été étudié sur des bactéries autres que celles utilisées par l'équipe de Schürle, la biologie synthétique pourrait être utilisée pour combiner les avantages de plusieurs espèces bactériennes. Cela pourrait conduire au développement de bactéries qui s'approchent de la tumeur grâce à leurs propres flagelles (appendices en forme de fouet) et peuvent ensuite être transportées avec précision profondément dans le tissu tumoral à l'aide de forces magnétiques externes.