Un groupe de chercheurs de l'Université technique de Munich (TUM) a développé le premier microrobot au monde (« microbot ») capable de naviguer au sein de groupes de cellules et de stimuler des cellules individuelles. Berna Özkale Edelmann, professeur de nano et microrobotique, voit le potentiel de nouveaux traitements contre les maladies humaines. La recherche est publiée dans la revue Advanced Healthcare Materials. .
Les microbots sont ronds, moitié moins épais qu'un cheveu humain, contiennent des nanobâtonnets d'or et un colorant fluorescent, et sont entourés d'un biomatériau obtenu à partir d'algues. Ils peuvent être pilotés par la lumière laser pour se déplacer entre les cellules. Ces minuscules robots ont été inventés par le professeur Berna Özkale Edelmann. Pour être plus précis, la bio-ingénieure et directrice du Microrobotic Bioengineering Lab a travaillé avec son équipe de chercheurs pour développer une plateforme technologique pour la production à grande échelle de ces véhicules. Ils sont actuellement utilisés in vitro, en dehors du corps humain.
Les microbots TACSI diffèrent des robots humanoïdes classiques ou des bras robotiques que l'on voit dans les usines. L’ensemble du système nécessite un microscope pour agrandir les mondes à petite échelle, un ordinateur et un laser pour piloter les microbots de 30 micromètres (µm) contrôlés par l’homme. Les robots peuvent être chauffés et indiquent également en permanence leur température. Ceci est important car, outre leur capacité à trouver leur chemin vers des cellules individuelles, ils sont également conçus pour chauffer les emplacements de cellules individuelles ou de groupes de cellules.
TACSI signifie Thermally Activated Cell-Signal Imaging. En termes simples, il s’agit d’un système basé sur l’image capable de chauffer des cellules afin de les activer. TACSI est un « taxi » dans tous les sens du terme :à l'avenir, le petit robot « se rendra » directement à l'endroit où les chercheurs souhaitent étudier les processus cellulaires. "Dans une première mondiale, nous avons développé un système qui permet non seulement aux microbots de naviguer à travers des groupes de cellules, mais aussi de stimuler des cellules individuelles via des changements de température", explique le professeur Özkale Edelmann.
Comment sont fabriqués les microbots ?
La production de microbots repose sur des « puces microfluidiques » qui modélisent le processus de fabrication. Le biomatériau est injecté par un canal situé sur le côté gauche de la puce. Une huile contenant des composants spécifiques est ensuite ajoutée par le haut et par le bas via des canaux de 15 à 60 µm. Les robots terminés émergent à droite. Dans le cas du microbot TACSI, les composants suivants sont ajoutés :
"Cela permet de fabriquer jusqu'à 10 000 microbots en une seule production", explique Philipp Harder, membre de l'équipe de recherche.
De petits changements de température suffisent parfois à influencer les processus cellulaires. "Lorsque la peau est blessée, par exemple par une coupure, la température corporelle augmente légèrement, ce qui active le système immunitaire", explique le professeur Özkale Edelmann.
Elle souhaite en savoir plus pour savoir si cette « stimulation thermique » peut être utilisée pour cicatriser les blessures. Il y a également un manque de recherche pour déterminer si les cellules cancéreuses deviennent plus agressives lorsqu’elles sont stimulées. Les études actuelles montrent que les cellules cancéreuses meurent à des températures élevées (60°C). Cet effet peut également être utilisé pour traiter l'arythmie cardiaque et la dépression.
Les chercheurs de l'équipe du professeur Özkale Edelmann ont utilisé des cellules rénales pour démontrer que les canaux ioniques cellulaires peuvent être influencés. Pour ce faire, ils ont dirigé les microbots TACSI vers les cellules. "Nous avons utilisé le laser infrarouge pour augmenter la température. Pour mesurer l'augmentation, nous avons mesuré l'intensité de la couleur du colorant rhodamine B", explique Philipp Harder. L'équipe a observé que les canaux ioniques des cellules s'ouvraient à certaines températures, par exemple pour permettre au calcium de pénétrer dans la cellule.
"À l'aide de cet exemple concret, nous avons montré que la chaleur provoque des modifications dans la cellule, même en cas de légères augmentations de température", explique le professeur Özkale Edelmann. Elle espère que de nouvelles recherches ouvriront la voie à de nouveaux traitements, par exemple en permettant d'acheminer des médicaments vers des cellules individuelles.
Plus d'informations : Philipp Harder et al, Un microrobot piloté par laser pour la stimulation thermique de cellules uniques, Matériaux de santé avancés (2023). DOI : 10.1002/adhm.202300904
Informations sur le journal : Matériaux de santé avancés
Fourni par l'Université technique de Munich
