Grâce à une approche peu orthodoxe proposée par des chercheurs de l'EPFL, les patients pourraient bientôt être en mesure de suivre leur maladie simplement en buvant une solution contenant des millions de minuscules capteurs électroniques déguisés en bactéries.

Imaginez pouvoir suivre le développement des cellules malades en temps réel, simplement en faisant boire aux patients un verre d'eau contenant des millions de minuscules biocapteurs électroniques. Une fois les capteurs microscopiques ingérés, ils se rendraient dans les tissus malades du corps d'un patient et enverraient un flux continu de données de diagnostic par télémétrie.

C'est l'objectif ambitieux que se sont fixé Sandro Carrara du Laboratoire de systèmes intégrés de l'EPFL (School of Engineering/ Computer and Communication Sciences) et Pantelis Georgiou de l'Imperial College London. Une telle technologie semble désormais possible grâce aux avancées des procédés de nanofabrication des circuits intégrés. Des chercheurs de Berkeley avaient discuté d'un concept similaire en 2013 où ils suggéraient de saupoudrer des circuits CMOS dans le cortex humain pour surveiller l'activité neuronale.

A l'EPFL, les chercheurs ont l'intention d'utiliser la poussière corporelle à des fins plus générales. Ils ont déjà montré comment un cube CMOS d'environ 10 µm de côté pouvait théoriquement être créé. Ils ont présenté ces résultats à la conférence IEEE BioCAS. La faisabilité théorique du concept a également été discutée dans une pré-publication sur arXiv.

Les scientifiques espèrent révolutionner les méthodes de diagnostic et donner aux médecins une meilleure compréhension de maladies comme le cancer. « Aujourd'hui, les médecins donnent des médicaments aux patients atteints de cancer et attendent de voir si les cellules tumorales disparaissent. Mais avoir un retour continu sur la façon dont les cellules répondent à un traitement donné serait d'une valeur sans précédent. " dit Carrare.

Les capteurs microscopiques seraient en forme de cube et auraient trois électrodes complémentaires sur leurs surfaces. Après qu'un patient les a avalés, ils traverseraient les parois intestinales via le processus naturel d'endocytose. Mais ce processus ne peut se produire que si le corps du patient pense que les capteurs sont des bactéries ou des globules rouges. Les scientifiques prévoient donc de recouvrir les capteurs d'un revêtement spécial et de les rétrécir à 10 µm de chaque côté. Une fois que les capteurs pénètrent dans la circulation sanguine, ils se rendraient dans la zone touchée et se fixeraient aux cellules malades en utilisant des ligands ciblés tels que des anticorps. De là, ils pouvaient suivre l'évolution de la maladie.

Les capteurs agiraient comme des espions, fournir des informations sur le métabolisme d'une cellule cancéreuse, par exemple, ou sur la concentration locale d'un médicament qui avait été administré. "Les électrodes sur les surfaces des capteurs seraient capables d'identifier la bonne protéine ou molécule médicamenteuse avec laquelle elles entrent en contact, parce que chaque type de molécule modifierait le courant d'une manière différente, ", explique Carrara. Les données seraient collectées à l'aide d'un système de transmission d'énergie sans fil. "Un champ électromagnétique ou des ondes ultrasonores seraient générés à l'extérieur du corps d'un patient pour charger les capteurs et collecter des données. Les capteurs ne contiendront pas de piles, " ajoute Carrare.

Pour étoffer leur idée, les scientifiques ont puisé dans des exemples concrets de la littérature, comme les capteurs de glucose d'environ 10 µm qui utilisent des circuits CMOS, et un simple capteur de glucose d'un diamètre de seulement 2,5 µm. En outre, un dispositif de diagnostic télémétrique de 10 mm recouvert d'une résine époxy biocompatible a déjà été testé avec succès sur des souris en 2016. Cependant, l'équipe de recherche a encore des obstacles considérables à surmonter. D'abord, les scientifiques doivent réduire les capteurs à moins de 10 µm de chaque côté, de sorte qu'ils ont à peu près la même taille que les globules rouges. Ensuite, ils devront démontrer la faisabilité à la fois de leur technologie et du système de recharge.

Ces minuscules capteurs auraient-ils des effets secondaires ? Pour l'instant, il est trop tôt pour le dire. Les scientifiques pensent que les capteurs pourraient être facilement éliminés du corps d'un patient, soit lorsque la tumeur elle-même est retirée, soit, s'il s'avère qu'il n'y a pas de tissu malade, puis par l'urine ou les selles du patient.