De minuscules robots et véhicules nanométriques capables de naviguer dans les vaisseaux sanguins pour atteindre le site d'une maladie pourraient être utilisés pour administrer des médicaments à des tumeurs qui seraient autrement difficiles à traiter.

Une fois injecté ou avalé, la plupart des médicaments reposent sur le mouvement des fluides corporels pour trouver leur chemin dans le corps. Cela signifie que certains types de maladies peuvent être difficiles à traiter efficacement de cette manière.

Un type agressif de tumeur cérébrale connue sous le nom de glioblastome, par exemple, tue des centaines de milliers de personnes par an. Mais parce qu'il produit des projections semblables à des doigts dans le tissu cérébral d'un patient qui endommagent les vaisseaux sanguins qui l'entourent, il est difficile pour les médicaments d'atteindre le site tumoral.

"Si vous injectez des particules dans le corps, ils suivront le sang, " a déclaré le professeur Daniel Ahmed, qui dirige actuellement le laboratoire de systèmes de robotique acoustique à l'ETH Zurich en Suisse.

Au lieu, les scientifiques se tournent vers les nanodispositifs – de minuscules robots et véhicules – pour administrer des médicaments dans le corps de manière contrôlable. Mais d'abord, ils doivent trouver comment les conduire.

Les nanoparticules sont "10 fois plus petites que les globules rouges, et si vous utilisez des particules passives, il n'y a aucun moyen de les contrôler, " dit le Pr Ahmed.

Pour surmonter cela, lui et ses collègues du projet SONOBOTS utilisent les ultrasons pour manipuler des nanodispositifs contenant des médicaments anticancéreux. La technologie des ultrasons est généralement utilisée par les médecins en imagerie médicale en raison de la façon dont les ondes sonores à haute fréquence rebondissent sur différentes parties du corps, qui peut être utilisé pour créer une image.

Le professeur Ahmed et ses collègues scientifiques ont montré, cependant, qu'ils peuvent guider une bulle d'air enfermée dans une coque en polymère et un produit chimique d'imagerie permettant de la voir à l'aide d'ultrasons. Ils appellent ces minuscules véhicules des nanonageurs en raison de leur capacité à avancer dans un liquide. Les ondes sonores poussent les grappes de ces nanonageurs vers les parois des vaisseaux. Cette force, cependant, n'est pas assez puissant pour affecter le mouvement des globules rouges dans le sang. Le professeur Ahmed dit qu'il a été inspiré par la façon dont les spermatozoïdes voyagent :ils collent aux parois fixes du vagin et les utilisent pour guider leur mouvement vers l'avant. "Nous déplaçons (les nanonageurs) vers le mur et les manipulons, ", a-t-il déclaré. Cela permet de diriger plus facilement les nanonageurs dans la bonne direction à travers un vaisseau sanguin car ils peuvent suivre les parois.

Nanonageurs

Cette capacité à contrôler finement les nanonageurs est nécessaire si les scientifiques veulent faire passer leurs nanovéhicules porteurs de médicaments aux glioblastomes, qui est le but ultime. Les vaisseaux sanguins qui fuient autour de ces tumeurs signifient que les nanonageurs devront être soigneusement dirigés vers les cellules cancéreuses. Mais une fois là-bas, les chercheurs peuvent secouer acoustiquement le nageur afin qu'il libère sa charge utile de médicament dans la tumeur.

Jusque là, les scientifiques ont réussi à manipuler et suivre leurs nanonageurs dans des embryons de poisson zèbre, mais le professeur Ahmed a déclaré qu'ils étaient impatients de tester leur technologie sur des souris. "Le poisson zèbre a un petit cerveau, mais leur barrière hémato-encéphalique n'est pas mature. Nous devons passer aux souris pour comprendre le système vasculaire qui fuit."

Bien qu'il existe de nombreux mécanismes de propulsion qui pourraient être utilisés pour guider les nanovéhicules porteurs de médicaments, tels que les produits chimiques, champs magnétiques, ou léger, l'échographie est attrayante pour un certain nombre de raisons, a déclaré le professeur Ahmed. Les ondes ultrasonores peuvent pénétrer profondément dans le corps mais se sont avérées sûres. Il est couramment utilisé pour détecter les battements cardiaques fœtaux chez les femmes enceintes, par exemple. La technologie est également relativement peu coûteuse et peut également être trouvée dans la majorité des hôpitaux et des cliniques.

L'administration précise de médicaments à des endroits spécifiques du corps pourrait aider à lutter contre d'autres mais des maladies mortelles.

Professeur Salvador Pané et professeur Josep Puigmartí-Luis, chercheurs du projet ANGIE, espérons que l'administration ciblée de médicaments permettra aux médecins de traiter plus efficacement un plus grand nombre de patients victimes d'un AVC. AVC ischémiques, qui se produisent lorsque des caillots sanguins coupent la circulation du sang dans le cerveau, sont l'une des principales causes de décès dans l'Union européenne, avec plus de 1,1 million de personnes souffrant d'AVC chaque année.

Accident vasculaire cérébral

La principale forme de traitement pour les patients arrivant à l'hôpital après un AVC est les médicaments anticoagulants, mais ceux-ci sont administrés par injection et voyagent dans tout le corps avant d'atteindre le cerveau. Ces médicaments ont également de nombreux effets secondaires, allant des nausées et de l'hypotension artérielle aux saignements dans le cerveau, et tout le monde n'est pas en mesure de les prendre.

Si les traitements peuvent être dirigés vers l'emplacement d'une veine ou d'une artère où se produit un caillot, ils pourraient être éliminés beaucoup plus efficacement.

"Si nous concentrons la quantité nécessaire au caillot, nous réduirons drastiquement ces effets secondaires et nous pourrons traiter plus de patients et réduire les effets secondaires, " a déclaré le Pr Pané, co-directeur du Multi-Scale Robotics Lab à l'ETH Zurich et responsable de son laboratoire de chimie.

A ANGIE, les chercheurs créent de minuscules nanorobots capables de faire exactement cela et de délivrer le médicament directement sur le caillot.

Contrairement aux nanonageurs des SONOBOT, les nanorobots développés sous ANGIE sont plus sophistiqués en termes de contrôle.

"Les mécanismes conventionnels de la natation ne fonctionnent pas à l'échelle nanométrique - si vous essayez de faire du crawl (nager) et de le mettre en œuvre à l'échelle nanométrique, ça ne marchera pas, " a-t-il dit. Pour surmonter cela, l'équipe utilise des champs magnétiques pour contrôler les structures de taille nanométrique, qui contiennent des particules ou des films magnétiques.

Le professeur Pané les a comparés à un bras robotisé sur une chaîne de montage industrielle. Alors que les robots industriels utilisent un bras contrôlé par ordinateur pour déplacer une pince à l'extrémité, dans le cas des nanorobots ANGIE, le « bras » est le champ magnétique qui déplace les nanorobots magnétiques. Les nanorobots sont fabriqués à partir de minuscules structures composites biodégradables en polymère à base de fer. La modification de la forme et de la composition de ces structures peut changer la façon dont elles sont contrôlées.

Lorsque le nanorobot atteint sa cible - un caillot dans le cerveau dans le cas des patients victimes d'un AVC - il interagit alors avec le caillot pour délivrer sa charge utile de médicament. Pris dans son intégralité, ANGIE peut être considéré comme un système robotique en raison du niveau de contrôle que le champ magnétique permet, selon les chercheurs.

Robots

"Ce sont vraiment des robots, vous êtes capable de les contrôler, accélérer, arrêter, déplacez-les dans les trois directions, " a déclaré le professeur Puigmartí-Luis, chimiste à l'Université de Barcelone en Espagne. En principe, ils peuvent rouler, un tire-bouchon, et dégringoler.

Alors qu'il est encore dans sa première année, l'équipe de recherche ANGIE développe actuellement le système électromagnétique, qui comprend les nanorobots et l'infrastructure nécessaire pour contrôler ces appareils. Pour confirmer que leur technologie fonctionne, ils imprimeront en 3D un système vasculaire humain basé sur des données réelles, et cartographier le chemin optimal pour que leurs nanorobots atteignent un caillot, dit le professeur Puigmartí-Luis.

Mais en cas de succès, utiliser de tels nanorobots pour administrer des médicaments aux caillots chez les patients victimes d'un AVC, par exemple, pourrait être réalisé avec les équipements existants dans de nombreux grands hôpitaux. « Les champs magnétiques sont déjà utilisés dans les hôpitaux pour l'imagerie par résonance magnétique, " a ajouté le Pr Pané.

Bien que leur objectif actuel soit de trouver des caillots causant des accidents vasculaires cérébraux, la technologie pourrait être appliquée à de nombreuses autres maladies, dit le Pr Pané. Mais ils doivent montrer que leur technologie fonctionne avant de pouvoir la tester sur des personnes.

Les nanodispositifs offrent un moyen prometteur de cibler le traitement des maladies, et quelque chose qui, selon le professeur Ahmed de SONOBOTS, sera une réalité dans un avenir pas si lointain.

"Initialement, quand nous avons parlé aux médecins des idées, ils pensaient que c'était trop de science-fiction, " mais à mesure que les données de l'étude augmentent, ils arrivent, il a dit.