Les ingénieurs de l'UNSW ont montré que des micro-sous-marins propulsés par des nanomoteurs pouvaient naviguer dans le corps humain pour fournir une administration ciblée de médicaments aux organes malades sans avoir besoin de stimulus externe.

Les cancers du corps humain pourraient un jour être traités par de minuscules, des "micro-sous-marins" automoteurs livrant des médicaments aux organes affectés après que les ingénieurs chimiques et biomédicaux de l'UNSW Sydney eurent prouvé que c'était possible.

Dans un article publié en Matériaux aujourd'hui , les ingénieurs expliquent comment ils ont développé des sous-marins de taille micrométrique qui exploitent les environnements biologiques pour régler leur flottabilité, leur permettant de transporter des médicaments à des endroits spécifiques dans le corps.

Auteur correspondant Dr Kang Liang, avec l'École de génie biomédical et l'École de génie chimique de l'UNSW, affirme que les connaissances peuvent être utilisées pour concevoir des « micro-moteurs » ou des véhicules d'administration de nano-médicaments de prochaine génération, en appliquant de nouvelles forces motrices pour atteindre des cibles spécifiques dans le corps.

« Nous savons déjà que les micromoteurs utilisent différentes forces motrices externes, telles que la lumière, chaleur ou champ magnétique - pour naviguer activement vers un emplacement spécifique, " dit le Dr Liang.

« Dans cette recherche, nous avons conçu des micro-moteurs qui ne reposent plus sur une manipulation externe pour naviguer vers un emplacement spécifique. Au lieu, ils profitent des variations des environnements biologiques pour naviguer automatiquement eux-mêmes."

Ce qui rend ces particules microscopiques uniques, c'est qu'elles réagissent aux changements des environnements de pH biologique pour ajuster automatiquement leur flottabilité. De la même manière que les sous-marins utilisent de l'oxygène ou de l'eau pour inonder les points de ballast afin de les rendre plus ou moins flottants, les bulles de gaz libérées ou retenues par les micromoteurs en raison des conditions de pH dans les cellules humaines contribuent au déplacement de ces nanoparticules vers le haut ou vers le bas.

Ceci est important non seulement pour les applications médicales, mais pour les micro-moteurs en général.

"La plupart des micro-moteurs voyagent en 2 dimensions, " dit le Dr Liang.

"Mais dans ce travail, nous avons conçu un mécanisme de direction verticale. Nous avons combiné ces deux concepts pour proposer une conception de micro-moteurs autonomes qui se déplacent en 3D. Cela permettra leur utilisation ultime en tant que véhicules intelligents d'administration de médicaments à l'avenir. »

Le Dr Liang illustre un scénario possible dans lequel des médicaments sont pris par voie orale pour traiter un cancer de l'estomac ou des intestins. Pour donner une idée de l'échelle, il dit que chaque capsule de médicament pourrait contenir des millions de micro-sous-marins, et dans chaque micro-sous-marin se trouveraient des millions de molécules médicamenteuses.

"Imaginez que vous avaliez une capsule pour cibler un cancer du tractus gastro-intestinal, " il dit.

"Une fois dans le liquide gastro-intestinal, les micro-sous-marins transportant le médicament pourraient être relâchés. Dans le fluide, ils pourraient se déplacer vers la région supérieure ou inférieure en fonction de l'orientation du patient.

"Les particules chargées de médicament peuvent ensuite être internalisées par les cellules sur le site du cancer. Une fois à l'intérieur des cellules, ils seront dégradés provoquant la libération de médicaments pour lutter contre le cancer de manière très ciblée et efficace."

Pour que les micro-sous-marins trouvent leur cible, un patient devrait être orienté de manière à ce que le cancer ou la maladie traitée soit soit vers le haut, soit vers le bas, en d'autres termes, un patient serait soit debout, soit couché.

Le Dr Liang dit que les soi-disant micro-sous-marins sont essentiellement des systèmes micromoteurs à base de structures composites métal-organique (MOF) contenant une enzyme bioactive (catalase, CAT) comme moteur de génération de bulles de gaz. Il souligne que la recherche de lui et de ses collègues est au stade de la preuve de concept, avec des années de tests devant être effectués avant que cela puisse devenir une réalité.

Le Dr Liang dit que l'équipe de recherche, composée d'ingénieurs de l'UNSW, Université du Queensland, L'Université de Stanford et l'Université de Cambridge - chercheront également en dehors des applications médicales pour ces nouveaux nano-moteurs multidirectionnels.

"Nous prévoyons d'appliquer cette nouvelle découverte à d'autres types de nanoparticules pour prouver la polyvalence de cette technique, " il dit.