Cibler un traitement médical sur une partie du corps malade est une pratique aussi ancienne que la médecine elle-même. Un pansement est placé sur un genou écorché. Les gouttes vont dans les yeux qui piquent. Un bras cassé entre dans un plâtre.

Mais souvent, ce qui nous afflige est à l'intérieur du corps et n'est pas si facile à atteindre. Dans ces cas, un traitement comme la chirurgie ou la chimiothérapie peut être nécessaire. Deux chercheurs de la division d'ingénierie et de sciences appliquées de Caltech travaillent sur une toute nouvelle forme de traitement :des microrobots qui peuvent administrer des médicaments à des endroits spécifiques à l'intérieur du corps tout en étant surveillés et contrôlés de l'extérieur du corps.

"Le concept de microrobot est vraiment cool car vous pouvez obtenir des micromachines là où vous en avez besoin, " dit Lihong Wang, Professeur Bren de Caltech en génie médical et en génie électrique. "Cela pourrait être l'administration de médicaments, ou une microchirurgie préconçue."

Les microrobots sont un projet de recherche conjoint de Wang et Wei Gao, professeur assistant en génie médical, et sont destinés au traitement des tumeurs du tube digestif.

Les microrobots sont constitués de sphères microscopiques de magnésium métal recouvertes de fines couches d'or et de parylène, un polymère qui résiste à la digestion. Les couches laissent une portion circulaire de la sphère découverte, un peu comme un hublot. La partie découverte du magnésium réagit avec les fluides du tube digestif, générer de petites bulles. Le flux de bulles agit comme un jet et propulse la sphère vers l'avant jusqu'à ce qu'elle entre en collision avec les tissus voisins.

Par eux-même, des microrobots sphériques en magnésium qui peuvent zoomer pourraient être intéressants, mais ils ne sont pas spécialement utiles. Pour les transformer d'une nouveauté en un véhicule de livraison de médicaments, Wang et Gao y ont apporté quelques modifications.

D'abord, une couche de médicament est prise en sandwich entre une microsphère individuelle et sa couche de parylène. Puis, pour protéger les microrobots de l'environnement hostile de l'estomac, ils sont enveloppés dans des microcapsules en cire de paraffine.

À ce stade, les sphères sont capables de transporter des drogues, mais n'ont toujours pas la capacité cruciale de les livrer à un endroit souhaité. Pour ça, Wang et Gao utilisent la tomodensitométrie photoacoustique (PACT), une technique développée par Wang qui utilise des impulsions de lumière laser infrarouge.

La lumière laser infrarouge diffuse à travers les tissus et est absorbée par les molécules d'hémoglobine transportant l'oxygène dans les globules rouges, faisant vibrer les molécules par ultrasons. Ces vibrations ultrasonores sont captées par des capteurs pressés contre la peau. Les données de ces capteurs sont utilisées pour créer des images des structures internes du corps.

Précédemment, Wang a montré que des variations de PACT peuvent être utilisées pour identifier les tumeurs du sein, ou même des cellules cancéreuses individuelles. Concernant les microrobots, la technique a deux emplois. Le premier est l'imagerie. En utilisant PACT, les chercheurs peuvent trouver des tumeurs dans le tube digestif et également suivre l'emplacement des microrobots, qui apparaissent fortement dans les images PACT. Une fois que les microrobots arrivent à proximité de la tumeur, un faisceau laser proche infrarouge à ondes continues de haute puissance est utilisé pour les activer. Parce que les microrobots absorbent si fortement la lumière infrarouge, ils chauffent brièvement, faire fondre la capsule de cire qui les entoure, et les exposer aux fluides digestifs. À ce moment, les jets à bulles des microrobots s'activent, et les microrobots commencent à essaimer. Les jets ne sont pas orientables, donc la technique est en quelque sorte une approche de fusil de chasse - les microrobots n'atteindront pas tous la zone ciblée, mais beaucoup le feront. Quand ils le font, ils collent à la surface et commencent à libérer leur charge utile de médicaments.

"Ces micromoteurs peuvent pénétrer dans le mucus du tube digestif et y rester longtemps. Cela améliore l'administration des médicaments, " dit Gao. " Mais parce qu'ils sont faits de magnésium, ils sont biocompatibles et biodégradables."

Des tests sur des modèles animaux montrent que les microrobots fonctionnent comme prévu, mais Gao et Wang disent qu'ils prévoient de continuer à faire avancer la recherche.

« Nous avons démontré le concept selon lequel vous pouvez atteindre la zone malade et activer les microrobots, " dit Gao. " La prochaine étape est d'évaluer leur effet thérapeutique. "

Gao dit également qu'il aimerait développer des variantes des microrobots qui peuvent opérer dans d'autres parties du corps, et avec différents types de systèmes de propulsion.

Wang dit que son objectif est d'améliorer la façon dont son système PACT interagit avec les microrobots. La lumière laser infrarouge qu'il utilise a quelques difficultés à atteindre les parties les plus profondes du corps, mais il dit qu'il devrait être possible de développer un système qui puisse pénétrer plus loin.