Les nanobots sont des machines dont les composants sont à l'échelle nanométrique (un millionième de millimètre), et peuvent être conçus de manière à pouvoir se déplacer de manière autonome dans les fluides. Bien qu'ils soient encore en phase de recherche et développement, des progrès significatifs sont réalisés vers l'utilisation de nanorobots en biomédecine. Leurs applications sont variées, de l'identification des cellules tumorales à la libération de médicaments dans des endroits spécifiques du corps. Les nanorobots alimentés par des enzymes catalytiques sont parmi les systèmes les plus prometteurs car ils sont entièrement biocompatibles et peuvent utiliser des « carburants » déjà disponibles dans le corps pour leur propulsion. Cependant, comprendre le comportement collectif de ces nanorobots est essentiel pour avancer vers leur utilisation en pratique clinique.

Maintenant, dans une nouvelle étude publiée dans la revue Robotique scientifique , chercheurs dirigés par le professeur de recherche ICREA Samuel Sánchez et son équipe "Smart Nano-Bio-Devices" à l'Institut de bio-ingénierie de Catalogne (IBEC), avec le groupe Radiochemistry &Nuclear Imaging Lab du CIC biomaGUNE dirigé par Jordi Llop et l'Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), ont réussi à observer in vivo le comportement collectif d'un grand nombre de nanorobots autonomes à l'intérieur de la vessie de souris vivantes en utilisant le marquage isotopique radioactif.

"Le fait d'avoir pu voir comment les nanorobots se déplacent ensemble, comme un essaim, et de les suivre au sein d'un organisme vivant, est important, car des millions d'entre eux sont nécessaires pour traiter des pathologies spécifiques telles que, par exemple, tumeurs cancéreuses, " dit Samuel Sánchez, chercheur principal à l'IBEC.

"Nous avons démontré pour la première fois que les nanorobots peuvent être surveillés in vivo grâce à la tomographie par émission de positons (TEP), un très sensible, technique non invasive utilisée en milieu biomédical, " dit Jordi Llop, chercheur principal au laboratoire de radiochimie et d'imagerie nucléaire du CIC biomaGUNE.

Pour faire ça, les chercheurs ont d'abord réalisé des expériences in vitro, surveiller les nanorobots par microscopie optique et tomographie par émission de positons (TEP). Les deux techniques leur ont permis d'observer comment les nanoparticules se mélangeaient aux fluides et étaient capables de migrer, collectivement, suivant des chemins complexes. Les nanorobots ont ensuite été administrés par voie intraveineuse à des souris et, finalement, introduits dans la vessie de ces animaux. Étant donné que les nanorobots sont recouverts d'une enzyme appelée uréase, qui utilise l'urée de l'urine comme combustible, ils nagent collectivement induisant des écoulements de fluide à l'intérieur de la vessie.

Mouvements collectifs similaires à des volées d'oiseaux ou des bancs de poissons

L'équipe de scientifiques a constaté que la répartition des nanodispositifs dans la vessie des souris était homogène, ce qui indique que le mouvement collectif a été coordonné et efficace. "Les nanorobots montrent des mouvements collectifs similaires à ceux trouvés dans la nature, comme les oiseaux volant en groupes, ou les modèles ordonnés que suivent les bancs de poissons, " explique Samuel Sánchez, Professeur de recherche ICREA à l'IBEC. « Nous avons vu que les nanorobots qui ont de l'uréase à la surface se déplacent beaucoup plus rapidement que ceux qui n'en ont pas. donc, une preuve de concept de la théorie initiale selon laquelle les nanorobots pourront mieux atteindre une tumeur et la pénétrer, " dit Jordi Llop, chercheur principal au CIC biomaGUNE.