Des chercheurs canadiens dirigés par le radiologue montréalais Gilles Soulez ont développé une nouvelle approche pour traiter les tumeurs du foie à l'aide de microrobots guidés par aimant dans un appareil IRM.
L’idée d’injecter des robots microscopiques dans la circulation sanguine pour soigner le corps humain n’est pas nouvelle. Ce n'est pas non plus de la science-fiction. Guidés par un champ magnétique externe, des robots miniatures biocompatibles, constitués de nanoparticules d'oxyde de fer magnétisables, peuvent théoriquement prodiguer un traitement médical de manière très ciblée.
Jusqu'à présent, il y avait un obstacle technique :la force de gravité de ces microrobots dépasse celle de la force magnétique, ce qui limite leur guidage lorsque la tumeur est située plus haut que le site d'injection. Bien que le champ magnétique de l'IRM soit élevé, les gradients magnétiques utilisés pour la navigation et pour générer des images IRM sont plus faibles.
"Pour résoudre ce problème, nous avons développé un algorithme qui détermine la position dans laquelle le corps du patient doit se trouver pour une IRM clinique afin de tirer parti de la gravité et de la combiner avec la force de navigation magnétique", a déclaré le Dr Gilles Soulez, chercheur à l'Institut d'imagerie médicale. Centre de recherche du CHUM et directeur du département de radiologie, radio-oncologie et médecine nucléaire de l'Université de Montréal.
"Cet effet combiné facilite le déplacement des microrobots vers les branches artérielles qui alimentent la tumeur", a-t-il déclaré. "En faisant varier la direction du champ magnétique, on peut les guider avec précision vers les sites à traiter et ainsi préserver les cellules saines."
Publié dans Robotique scientifique , cette preuve de concept pourrait changer les approches de radiologie interventionnelle utilisées pour traiter les cancers du foie.
Le plus fréquent d'entre eux, le carcinome hépatocellulaire, est responsable de 700 000 décès par an dans le monde et est actuellement le plus souvent traité par chimioembolisation transartérielle. Nécessitant un personnel hautement qualifié, ce traitement invasif consiste à administrer une chimiothérapie directement dans l'artère alimentant la tumeur du foie et à bloquer l'apport sanguin à la tumeur à l'aide de microcathéters guidés par rayons X.
"Notre approche de navigation par résonance magnétique peut être réalisée à l'aide d'un cathéter implantable comme ceux utilisés en chimiothérapie", a déclaré Soulez. "L'autre avantage est que les tumeurs sont mieux visualisées en IRM qu'en radiographie."
Pour cette étude, Soulez et son équipe de recherche ont collaboré avec ceux de Sylvain Martel (Polytechnique Montréal) et d'Urs O. Häfeli (Université de la Colombie-Britannique). Le premier auteur de l'étude, Ning Li, est chercheur postdoctoral dans le laboratoire du Dr Soulez.
Grâce au développement d'un injecteur de microrobot compatible IRM, les scientifiques ont pu assembler des « trains de particules », des agrégats de microrobots magnétisables. Comme ceux-ci ont une force magnétique plus grande, ils sont plus faciles à piloter et à détecter sur les images fournies par l'appareil IRM.
De cette manière, les scientifiques peuvent garantir non seulement que le train va dans la bonne direction, mais aussi que la dose de traitement est adéquate. Au fil du temps, chaque microrobot transportera une partie du traitement à administrer. Il est donc essentiel que les radiologues sachent combien il y en a.
"Nous avons réalisé des essais sur 12 porcs afin de reproduire au plus près les conditions anatomiques du patient", précise Soulez. "Cela s'est avéré concluant :les microrobots ont préférentiellement parcouru les branches de l'artère hépatique ciblées par l'algorithme et ont atteint leur destination."
Son équipe s'est assurée que la localisation de la tumeur dans différentes parties du foie n'influence pas l'efficacité d'une telle approche.
"Grâce à un atlas anatomique de foies humains, nous avons pu simuler le pilotage de microrobots sur 19 patients traités par chimioembolisation transartérielle", précise-t-il. "Ils avaient au total une trentaine de tumeurs à différents endroits de leur foie. Dans plus de 95 % des cas, la localisation de la tumeur était compatible avec l'algorithme de navigation pour atteindre la tumeur ciblée."
Malgré ces progrès scientifiques, l'application clinique de cette technologie est encore loin.
"Tout d'abord, grâce à l'intelligence artificielle, nous devons optimiser la navigation en temps réel des microrobots en détectant leur emplacement dans le foie ainsi que l'apparition de blocages dans les branches de l'artère hépatique alimentant la tumeur", a déclaré Soulez.
Les scientifiques devront également modéliser le flux sanguin, le positionnement du patient et la direction du champ magnétique à l’aide d’un logiciel simulant le flux de fluides dans les vaisseaux. Cela permettra d'évaluer l'impact de ces paramètres sur le transport des microrobots vers la tumeur cible, améliorant ainsi la précision de l'approche.
Plus d'informations : NING LI et al, Navigation à l'échelle humaine de microrobots magnétiques dans les artères hépatiques, Science Robotics (2024). DOI :10.1126/scirobotics.adh8702. www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adh8702
Informations sur le journal : Robotique scientifique
Fourni par le Centre de recherche de l'Hôpital de l'Université de Montréal
