Des chercheurs de l'ETH Zurich ont montré pour la première fois que des microvéhicules pouvaient être dirigés à travers les vaisseaux sanguins du cerveau de souris grâce aux ultrasons. Ils espèrent que cela aboutira à terme à des traitements capables de délivrer des médicaments avec une précision extrême. Leur étude est publiée dans Nature Communications .
Les tumeurs cérébrales, les hémorragies cérébrales et les troubles neurologiques et psychologiques sont souvent difficiles à traiter avec des médicaments. Et même lorsque des médicaments efficaces sont disponibles, ceux-ci ont tendance à avoir de graves effets secondaires car ils circulent dans tout le cerveau et pas seulement dans la zone qu'ils sont censés traiter.
Face à cette situation, les chercheurs ont bon espoir de pouvoir un jour proposer une approche plus ciblée permettant d’acheminer les médicaments vers des lieux très précis. À cette fin, ils sont en train de développer des mini-transporteurs pouvant être guidés à travers le labyrinthe dense de vaisseaux sanguins.
Des chercheurs de l'ETH Zurich, de l'Université de Zurich et de l'Hôpital universitaire de Zurich sont parvenus pour la première fois à guider des microvéhicules à travers les vaisseaux sanguins du cerveau d'un animal grâce aux ultrasons.
Par rapport aux technologies de navigation alternatives telles que celles basées sur les champs magnétiques, les ultrasons offrent certains avantages. Daniel Ahmed, professeur de robotique acoustique à l'ETH Zurich et superviseur de l'étude, explique :"En plus d'être largement utilisés dans le domaine médical, les ultrasons sont sûrs et pénètrent profondément dans le corps."
Pour leur microvéhicule, Ahmed et ses collègues ont utilisé des microbulles remplies de gaz et recouvertes de lipides, les mêmes substances dont sont constituées les membranes cellulaires biologiques. Les bulles ont un diamètre de 1,5 micromètres et sont actuellement utilisées comme matériau de contraste en imagerie échographique.
Comme les chercheurs l’ont montré, ces microbulles peuvent être guidées à travers les vaisseaux sanguins. "Étant donné que ces bulles, ou vésicules, sont déjà approuvées pour une utilisation chez les humains, il est probable que notre technologie sera approuvée et utilisée dans des traitements pour les humains plus rapidement que d'autres types de microvéhicules actuellement en développement", explique Ahmed.
Un autre avantage des microbulles guidées par ultrasons est qu’elles se dissolvent dans l’organisme une fois leur travail effectué. Lorsqu'on utilise une autre approche, celle des champs magnétiques, les microvéhicules doivent être magnétiques, et il n'est pas facile de développer des microvéhicules biodégradables. De plus, les microbulles développées par les chercheurs de l’ETH Zurich sont petites et lisses. "Cela nous permet de les guider facilement le long de capillaires étroits", explique Alexia Del Campo Fonseca, doctorante du groupe d'Ahmed et auteur principal de l'étude.
Au cours des dernières années, Ahmed et son groupe ont travaillé en laboratoire pour développer leur méthode de guidage des microbulles à travers des vaisseaux étroits. Aujourd’hui, en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Zurich et de l’hôpital universitaire de Zurich, ils ont testé cette méthode sur des vaisseaux sanguins dans le cerveau de souris. Les chercheurs ont injecté les bulles dans le système circulatoire des rongeurs, où elles sont entraînées dans la circulation sanguine sans aucune aide extérieure.
Cependant, les chercheurs ont réussi à utiliser les ultrasons pour maintenir les bulles en place et les guider à travers les vaisseaux cérébraux dans le sens inverse du flux sanguin. Les chercheurs ont même réussi à guider les bulles à travers des vaisseaux sanguins alambiqués ou à les faire changer de direction plusieurs fois afin de les orienter vers les branches les plus étroites de la circulation sanguine.
Pour contrôler les mouvements des microvéhicules, les chercheurs ont également fixé quatre petits transducteurs à l'extérieur du crâne de chaque souris. Ces appareils génèrent des vibrations dans la gamme des ultrasons, qui se propagent à travers le cerveau sous forme d'ondes. À certains points du cerveau, les ondes émises par deux ou plusieurs transducteurs peuvent soit s’amplifier, soit s’annuler. Les chercheurs guident les bulles à l’aide d’une méthode sophistiquée d’ajustement de la sortie de chaque transducteur individuel. L'imagerie en temps réel leur montre dans quelle direction se déplacent les bulles.
Pour créer l’imagerie nécessaire à cette étude, les chercheurs ont utilisé la microscopie à deux photons. À l'avenir, ils souhaitent également utiliser les ultrasons eux-mêmes pour l'imagerie et prévoient d'améliorer la technologie des ultrasons à cette fin.
Dans cette étude, les microbulles n’étaient pas équipées de médicaments. Les chercheurs ont d’abord voulu montrer qu’ils pouvaient guider les microvéhicules le long des vaisseaux sanguins et que cette technologie était adaptée à une utilisation dans le cerveau. C'est là que se trouvent des applications médicales prometteuses, notamment dans le traitement du cancer, des accidents vasculaires cérébraux et des troubles psychologiques.
La prochaine étape des chercheurs consistera à attacher les molécules médicamenteuses à l’extérieur de l’enveloppe de la bulle pour le transport. Ils souhaitent améliorer l'ensemble de la méthode jusqu'à ce qu'elle puisse être utilisée chez l'homme, en espérant qu'elle servira un jour de base au développement de nouveaux traitements.
Plus d'informations : Alexia Del Campo Fonseca et al, Piégeage par ultrasons et navigation de microrobots dans le système vasculaire cérébral de souris, Nature Communications (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-41557-3
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par l'ETH Zurich
