Chercheurs du Micro, Nano and Molecular Systems Lab à l'Institut Max Planck pour les systèmes intelligents à Stuttgart, avec une équipe internationale de scientifiques, ont développé des nanorobots en forme d'hélice qui, pour la première fois, sont capables de percer des tissus denses comme c'est le cas dans un œil. Ils ont appliqué un revêtement antiadhésif sur les nanohélices, qui ne mesurent que 500 nm de large - exactement assez petits pour passer à travers la matrice moléculaire serrée de la substance gélatineuse dans le corps vitré. Les forets sont 200 fois plus petits que le diamètre d'un cheveu humain, encore plus petit que la largeur d'une bactérie. Leur forme et leur revêtement glissant permettent aux nanohélices de se déplacer relativement librement à travers un œil, sans endommager les tissus biologiques sensibles qui les entourent. C'est la première fois que des scientifiques sont capables de diriger des nanorobots à travers des tissus denses, assez lointain, elle n'a été démontrée que dans des systèmes modèles ou des fluides biologiques. La vision des chercheurs est de charger un jour les nanohélices de médicaments ou d'autres agents thérapeutiques et de les diriger vers une zone ciblée, où ils peuvent livrer le médicament là où il est nécessaire.

L'administration ciblée de médicaments à l'intérieur d'un tissu biologique dense est très difficile, surtout à ces petites échelles :Premièrement, c'est la consistance visqueuse de l'intérieur du globe oculaire, la matrice moléculaire serrée à travers laquelle un nanopropulseur doit se faufiler. Il agit comme une barrière et empêche la pénétration de structures plus grandes. Deuxièmement, même si les exigences de taille sont remplies, les propriétés chimiques du réseau biopolymère dans l'œil entraîneraient toujours le blocage de la nanohélice dans ce maillage de molécules. Imaginez un petit tire-bouchon traversant une bande de ruban adhésif double face. Et troisièmement, il y a le défi de l'actionnement précis. Ce dernier les scientifiques surmontent en ajoutant un matériau magnétique, comme le fer, lors de la construction des nanohélices, ce qui leur permet de diriger les foreuses avec des champs magnétiques vers la destination souhaitée. Les autres obstacles que les chercheurs surmontent en faisant en sorte que chaque nanohélice ne dépasse pas 500 nm, et en appliquant un revêtement antiadhésif à deux couches. La première couche est constituée de molécules liées à la surface, tandis que le second est un revêtement avec du fluorocarbure liquide. Cela diminue considérablement la force d'adhérence entre les nanorobots et les tissus environnants.

"Pour le revêtement, nous nous inspirons de la nature, " explique le premier auteur de l'étude Zhiguang Wu. Il était chercheur Humboldt au MPI-IS et est maintenant post-doctorant au California Institute of Technology. " Dans la deuxième étape, nous avons appliqué une couche liquide trouvée sur la plante carnivore en pichet, qui a une surface glissante sur le péristome pour attraper les insectes. C'est comme le revêtement en téflon d'une poêle à frire. Ce revêtement glissant est crucial pour la propulsion efficace de nos robots à l'intérieur de l'œil, car il minimise l'adhésion entre le réseau de protéines biologiques dans le vitré et la surface de nos nanorobots."

« Le principe de la propulsion des nanorobots, leur petite taille, ainsi que le revêtement glissant, Sera utile, non seulement dans les yeux, mais pour la pénétration d'une variété de tissus dans le corps humain, " dit Tian Qiu, l'un des auteurs correspondants de l'article, et un chef de groupe dans le Micro, Laboratoire de Nano et Systèmes Moléculaires au MPI-IS.

Qiu et Wu font tous deux partie d'une équipe de recherche internationale qui a travaillé sur la publication intitulée "Un essaim de microhélices glissantes pénètre le corps vitré de l'œil". Aussi, l'Université de Stuttgart, l'Institut Max Planck de recherche médicale à Heidelberg, l'Institut de technologie de Harbin en Chine, L'université d'Aarhus au Danemark et l'hôpital ophtalmologique de l'université de Tübingen ont contribué aux travaux révolutionnaires. C'était à l'hôpital des yeux, où les chercheurs ont testé leurs nanohélices dans un œil de porc disséqué et où ils ont observé le mouvement des hélices à l'aide de la tomographie par cohérence optique, une technique d'imagerie cliniquement approuvée et largement utilisée dans le diagnostic des maladies oculaires.

À travers l'œil vers la rétine

Avec une petite aiguille, les chercheurs ont injecté des dizaines de milliers de leurs robots hélicoïdaux de la taille d'une bactérie dans l'humeur vitrée de l'œil. Avec l'aide d'un champ magnétique environnant qui fait tourner les nanohélices, ils nagent alors vers la rétine, où atterrit l'essaim. Des nanorobots glissants pénètrent dans un œil. Pouvoir contrôler précisément l'essaim en temps réel était l'objectif des chercheurs. Mais cela ne s'arrête pas là :l'équipe travaille déjà un jour à utiliser ses nano-véhicules pour des applications de livraison ciblées. "C'est notre vision, " dit Tian Qiu. " Nous voulons pouvoir utiliser nos nanohélices comme outils dans le traitement mini-invasif de toutes sortes de maladies, où la zone problématique est difficile à atteindre et entourée de tissus denses. Pas trop loin dans le futur, nous pourrons les charger de drogue."

Ce n'est pas le premier nanorobot développé par les chercheurs. Depuis plusieurs années maintenant, ils ont créé différents types de nanorobots à l'aide d'un processus de fabrication 3D sophistiqué développé par Micro, Groupe de recherche sur les nanosystèmes et les systèmes moléculaires dirigé par le professeur Peer Fischer. Des milliards de nanorobots peuvent être fabriqués en quelques heures seulement en vaporisant du dioxyde de silicium et d'autres matériaux, y compris le fer, sur une plaquette de silicium sous vide poussé pendant qu'elle tourne.