Les robots micronageurs de Drexel (en bas) sont modélisés, dans la forme et le mouvement, après les bactéries en forme de spirale, Borrelia burgdorferi (en haut), qui causent la maladie de Lyme.
Des essaims de microscopiques, magnétique, des billes robotiques pourraient être en train de frotter à côté des meilleurs chirurgiens vasculaires du monde, tous visant les artères bloquées. Ces microrobots, qui ressemblent et se déplacent comme des bactéries en forme de tire-bouchon, sont développés par des ingénieurs mécaniciens de l'Université Drexel dans le cadre d'une boîte à outils chirurgicale assemblée par l'Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk (DGIST) en Corée du Sud.
Min Jun Kim, Doctorat, professeur à la faculté d'ingénierie et directeur de l'actionnement biologique, Laboratoire Sensing &Transport (BASTLab) à Drexel, ajoute les travaux approfondis de son équipe en microrobotique bio-inspirée à une initiative de recherche internationale de 18 millions de dollars de l'Institut coréen d'évaluation des technologies industrielles (KEIT) visant à créer un système mini-invasif, procédure assistée par microrobot pour traiter les artères bloquées dans les cinq ans.
DGIST, une entité de recherche financée par le gouvernement à Daegu, Corée du Sud, est le leader du partenariat de 11 établissements, qui comprend certains des meilleurs ingénieurs et roboticiens au monde. L'équipe de Drexel, les seuls représentants des États-Unis, est déjà en bonne voie pour adapter la technologie robotique « micronageur » pour dégager les artères.
"La microrobotique est encore un domaine d'étude assez naissant, et encore à ses balbutiements lorsqu'il s'agit d'applications médicales, " dit Kim. " Un projet comme celui-ci, parce qu'il est soutenu par des institutions de premier plan et a un objectif si ambitieux, est une opportunité de pousser à la fois la médecine et la microrobotique dans un endroit nouveau et passionnant."
Les micronageurs de Kim sont des chaînes de trois billes d'oxyde de fer ou plus, rigidement liés entre eux par des liaisons chimiques et la force magnétique. Ces chaînes sont suffisamment petites, de l'ordre du nanomètre, pour pouvoir naviguer dans la circulation sanguine comme un petit bateau. Les billes sont mises en mouvement par un champ magnétique externe qui fait tourner chacune d'elles. Parce qu'ils sont liés entre eux, leurs rotations individuelles font tourner la chaîne comme un tire-bouchon et ce mouvement propulse le micronageur.
En contrôlant le champ magnétique, Kim peut diriger la vitesse et la direction des micronageurs. L'implication du magnétisme permet également aux chercheurs de joindre des brins séparés de micronageurs pour créer des chaînes plus longues, qui peut alors être propulsé avec une plus grande force.
Cette recherche, qui a été récemment rapporté dans le Journal de recherche sur les nanoparticules , est l'une des raisons pour lesquelles le laboratoire de Kim a été choisi pour ce projet ambitieux.
"Notre technologie de micronageur à commande magnétique est la solution idéale pour ce projet, ", a déclaré Kim. "Les micro-nageurs sont composés de billes inorganiques biodégradables, de sorte qu'ils ne déclencheront pas de réponse immunitaire dans le corps. Et nous pouvons ajuster leur taille et leurs propriétés de surface pour traiter avec précision tout type d'occlusion artérielle."
L'inspiration de Kim pour l'utilisation des nageurs robotiques comme de minuscules exercices est en fait venue d'une bactérie malveillante qui fait des ravages à l'intérieur du corps en faisant exactement cela :creuser dans les tissus sains. Borrelia burgdorferi, la bactérie qui cause la maladie de Lyme, est classé par sa forme en spirale, ce qui permet à la fois son mouvement et la destruction cellulaire qui en résulte.
Les chercheurs de la DGIST prévoient d'exploiter ce comportement chez les micronageurs pour ouvrir la voie à une sonde vasculaire en desserrant la plaque artérielle qui cause le blocage.
À l'aide de champs magnétiques (représentation visuelle à droite) générés par un dispositif électromagnétique (à gauche), les ingénieurs Drexel sont capables de contrôler le mouvement de leurs robots micro-nageurs.
L'enquête, qui ressemble à une petite perceuse, est conçu par Bradley Nelson de l'ETH Zurich, un pionnier dans le domaine de la chirurgie microrobotique. Le plan de l'équipe est d'utiliser un cathéter pour amener les micronageurs et la perceuse directement dans l'artère bloquée. De là, les nageurs se frayaient un chemin dans le blocage, alors la perceuse l'effacerait complètement.
Une fois le débit rétabli dans l'artère, les chaînes de micronageurs pourraient se disperser et être utilisées pour administrer un médicament anticoagulant directement dans la zone affectée afin d'éviter un blocage futur.
Cette procédure pourrait supplanter les deux méthodes les plus courantes de traitement des artères obstruées :le stenting et l'angioplastie. Le stenting est un moyen de créer une dérivation pour que le sang circule autour du bloc en insérant une série de tubes dans l'artère, tandis que l'angioplastie repousse le blocage en dilatant l'artère à l'aide d'une sonde gonflable.
« Les traitements actuels de l'occlusion chronique totale ne réussissent qu'à environ 60 %, ", a déclaré Kim. "Nous pensons que la méthode que nous développons pourrait atteindre 80 à 90 % de succès et peut-être raccourcir le temps de récupération."
