Image SEM colorée de nanorobots recouverts de membranes hybrides plaquettes/globules rouges. Crédit :Esteban-Fernández de Ávila/Science Robotics
Des ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego ont développé de minuscules robots à ultrasons capables de nager dans le sang, éliminer les bactéries nocives ainsi que les toxines qu'elles produisent. Ces nanorobots de preuve de concept pourraient un jour offrir un moyen sûr et efficace de détoxifier et de décontaminer les fluides biologiques.
Les chercheurs ont construit les nanorobots en enrobant des nanofils d'or avec un hybride de membranes de plaquettes et de globules rouges. Ce revêtement de membrane cellulaire hybride permet aux nanorobots d'effectuer les tâches de deux cellules différentes à la fois :les plaquettes, qui se lient aux agents pathogènes comme les bactéries MRSA (une souche résistante aux antibiotiques de Staphylococcus aureus), et les globules rouges, qui absorbent et neutralisent les toxines produites par ces bactéries. Le corps en or des nanorobots réagit aux ultrasons, ce qui leur donne la capacité de nager rapidement sans carburant chimique. Cette mobilité aide les nanorobots à se mélanger efficacement avec leurs cibles (bactéries et toxines) dans le sang et à accélérer la détoxification.
L'oeuvre, publié le 30 mai dans Robotique scientifique , combine les technologies mises au point par Joseph Wang et Liangfang Zhang, professeurs du département de nano-ingénierie de la UC San Diego Jacobs School of Engineering. L'équipe de Wang a développé les nanorobots à ultrasons, et l'équipe de Zhang a inventé la technologie pour enrober les nanoparticules dans les membranes cellulaires naturelles.
"En intégrant des revêtements cellulaires naturels sur des nanomachines synthétiques, nous pouvons conférer de nouvelles capacités à de minuscules robots tels que l'élimination des agents pathogènes et des toxines du corps et d'autres matrices, ", a déclaré Wang. "Il s'agit d'une plate-forme de validation de principe pour diverses applications thérapeutiques et de biodétoxification."
"L'idée est de créer des nanorobots multifonctionnels qui peuvent effectuer autant de tâches différentes à la fois, " a déclaré la co-première auteur Berta Esteban-Fernández de Ávila, un chercheur postdoctoral dans le groupe de recherche de Wang à l'UC San Diego. « La combinaison de membranes de plaquettes et de globules rouges dans chaque revêtement de nanorobot est synergique :les plaquettes ciblent les bactéries, tandis que les globules rouges ciblent et neutralisent les toxines produites par ces bactéries."
Le revêtement protège également les nanorobots d'un processus connu sous le nom d'encrassement biologique, lorsque les protéines s'accumulent à la surface des objets étrangers et les empêchent de fonctionner normalement.
Image SEM d'une bactérie SARM attachée à un nanorobot recouvert d'une membrane cellulaire hybride. Crédit :Esteban-Fernández de Ávila/Science Robotics
Les chercheurs ont créé le revêtement hybride en séparant d'abord des membranes entières des plaquettes et des globules rouges. Ils ont ensuite appliqué des ondes sonores à haute fréquence pour fusionner les membranes. Puisque les membranes ont été prélevées sur des cellules réelles, ils contiennent toutes leurs fonctions protéiques de surface cellulaire d'origine. Pour faire les nanorobots, les chercheurs ont enduit les membranes hybrides sur des nanofils d'or en utilisant une chimie de surface spécifique.
Les nanorobots sont environ 25 fois plus petits que la largeur d'un cheveu humain. Ils peuvent voyager jusqu'à 35 micromètres par seconde dans le sang lorsqu'ils sont alimentés par des ultrasons. Dans les essais, les chercheurs ont utilisé les nanorobots pour traiter des échantillons de sang contaminés par le SARM et leurs toxines. Au bout de cinq minutes, ces échantillons de sang contenaient trois fois moins de bactéries et de toxines que les échantillons non traités.
Le travail n'en est qu'à ses débuts. Les chercheurs notent que le but ultime n'est pas d'utiliser les nanorobots spécifiquement pour traiter les infections à SARM, mais plus généralement pour la détoxification des fluides biologiques. Les travaux futurs incluent des tests sur des animaux vivants. L'équipe travaille également à la fabrication de nanorobots à partir de matériaux biodégradables au lieu d'or.
Titre de l'article :« Nanorobots hybrides fonctionnalisés par biomembrane pour l'élimination simultanée de bactéries pathogènes et de toxines ». Les co-auteurs incluent les co-premiers auteurs Pavimol Angsantikul et Doris. E Ramirez-Herrera, Fernando Soto, Hazhir Teymourian et Diana Dehaini, Yijie Chen, tous à UC San Diego.
