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Technologie médicale : les nanorobots combattent le cancer

C’est une vue d’une nuit dans laquelle deux lumières brillent comme des phares de voiture. Mais à mesure qu’ils bougent, ils ne grossissent pas, mais scintillent sur le côté. Bientôt, ils s’immobilisent, comme s’ils avaient atteint leur destination dans l’obscurité. Byung-Wook Park lève les yeux de son microscope optique : « Je suppose que celui-là bactéries j’en ai environ huit Micromètre déplacé loin, soit huit millièmes de millimètre. C’est un résultat acceptable.

Mourir bactéries, que Park observe à travers les lentilles, s’appellent Escherichia Coli et aiment gambader dans l’intestin humain. Mais les spécimens de Park ne sont pas des microbes ordinaires : ils se sont développés sur des centaines de générations. Chevaux de course élevé pour la vitesse. Leur vitesse est donnée par des flagelles en forme de tire-bouchon sur la membrane cellulaire. La direction donne à son tour le galop bactéries une concentration accrue d’acide qui ressemble à l’environnement d’une tumeur cancéreuse dans l’estomac. Là, ils devraient libérer des nanoparticules phosphorescentes qui y adhèrent Plastique livrer. « Cela pourrait aussi être un agent médical », estime Park, c’est-à-dire un moyen d’attaquer un jour les cellules tumorales chez l’homme.

Ça ne pourrait pas être plus petit

Park est chercheur postdoctoral au Département d’intelligence physique de Stuttgart. Institut Max-Planck pour les systèmes intelligents. Leur chef, Metin Sitti, est assis sur une chaise pivotante à côté de Park, vêtu d’un short blanc et d’un T-shirt léger. Pendant des années – d’abord Japonpuis dans le Etats-Unis et depuis l’automne dernier en Stuttgart – il poursuit la vision d’utiliser uniquement le nano et Micromètre plonger dans le microcosme du corps avec des petits robots. On ne peut pas faire plus petit : un nanomètre équivaut à un millionième de millimètre. Les machines miniatures sont destinées à déposer des médicaments précisément dans le corps, à prendre des vues intérieures de l’estomac ou des poumons, Échantillons de tissus les récupérer dans les intestins ou même les opérer avec de minuscules scalpels.

L’idée n’est pas nouvelle. La robotique du monde entier travaille sur le projet que le physicien américain Richard Feynman imaginé pour la première fois lors d’une conférence en 1959 lorsqu’il parlait du « chirurgien avalable ». Dans les années 1960, le film de science-fiction « Le Voyage Fantastique » envoyait un chirurgien habité Micromètre mini-sous-marin rétréci dans la tête d’un chercheur pour éliminer un caillot de sang. Mais ce qui n’était autrefois qu’une vision est désormais à portée de main, déclare Sitti, qui a écrit un article de synthèse à ce sujet en février. Du microrobot publié : « Progrès récents dans le Du microrobot avons surmonté des obstacles importants pour faire de ce rêve une réalité.

Mais les robots circulent déjà parmi les gens : par exemple sous la forme de la PillCam, introduite au début du millénaire. Europe et le Etats-Unis est arrivé sur le marché. La capsule, équipée de deux caméras, parcourt le tractus gastro-intestinal en six à huit heures et prend des images de la muqueuse du gros et du petit intestin, qui sont envoyées vers un dispositif de stockage à l’aide d’un émetteur. La procédure est moins stressante qu’une coloscopie et est extrêmement utile sur le plan médical car elle fournit des images de l’intestin grêle, qui autrement ne sont pas complètement visibles. Mais ces capsules mesurent plus de deux centimètres de long – dans le monde de Du microrobot cuirassés maladroits.

Application de pansements et de médicaments de haute technologie

En revanche, une tablette de la société californienne Proteus Digital Health est plus petite et contient une puce radio de la taille d’un millimètre carré. Si la pilule est avalée, son enrobage se dissout et celui contenant du magnésium et cuivre la puce recouverte entre en contact avec l’acide gastrique. La puce dispose alors de suffisamment d’énergie pendant cinq à dix minutes pour envoyer un code sur la concentration de certains médicaments dans l’estomac à un patch de haute technologie appliqué sur la peau. Cela transmet les informations à une application. L’idée : les médecins peuvent s’assurer qu’un patient prend réellement le médicament prescrit à la posologie appropriée.

Mais cette tablette ne fait pas partie de la gamme micro ou nano, dans laquelle des ingénieurs comme Sitti et ses collègues voient l’avenir des mini robots. Ils veulent des véhicules plus petits, plus maniables et plus polyvalents, capables d’atteindre les coins les plus éloignés de la carrosserie. Les avantages sont clairs : alors que les pilules sont distribuées dans tout le corps via l’estomac et que seule une partie du principe actif atteint la cible souhaitée par injection, les nano- et… Un micro-robot aller directement aux tumeurs, éliminer les caillots sanguins dans les veines à l’aide de mini-perceuses ou Échantillons de tissus collecter.

Pour y parvenir, les robots doivent faire face au microcosme inconnu de notre corps : « À mesure que nous descendons dans la région micrométrique et nanométrique, nous devons élargir notre compréhension de la robotique et de l’intelligence artificielle », déclare Bradley NelsonProfesseur à l’Institut de Robotique et des Systèmes Intelligents ETH Zurich. Bien sûr, les lois de la physique s’appliquent toujours, mais elles ont des effets différents de ceux du monde actuel. Plus un objet est petit, plus il doit composer avec la résistance du fluide. Ce sera aussi épais que du miel. De plus, le problème de la source d’énergie avec laquelle un robot se déplace doit être résolu, car il n’existe pas de batteries significatives dans cette gamme de taille. Pour la même raison, les véhicules ne peuvent pas être contrôlés par un ordinateur de bord : ils sont tout simplement trop gros. Et enfin, les minuscules machines ne doivent pas alerter le système immunitaire de l’organisme pour ne pas déclencher de réactions défensives.

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Malgré ces obstacles, il existe depuis longtemps une ménagerie de machines – non testées sur des humains, mais souvent sur des animaux – qui parviennent à contourner ces problèmes. David Merci de la John Hopkins Université en Baltimore par exemple, dispose de micro-pinces sans fil en forme d’étoile de mer avec seulement 500 Micromètre développé en diamètre. Il en libère des centaines dans le tube digestif. Là, leur revêtement en plastique soluble dans l’eau se dissout en réponse à la température corporelle, à l’acide ou aux enzymes et libère les pinces, qui plient alors automatiquement leurs doigts vers l’intérieur. Certains enferment et libèrent les tissus du tractus intestinal. Après quelques heures, les pinces peuvent alors être récupérées du fauteuil du patient. Le roboticien a récemment testé le système sur des porcs et a constaté qu’environ un tiers d’entre eux Échantillons de tissus collectés. Il s’agirait d’une biopsie douce destinée aux patients qui ne peuvent pas tolérer une coloscopie en raison d’une inflammation.

Mais si vous ne voulez pas laisser les microdiagnostics circuler dans le sang ou s’en remettre au péristaltisme gastrique, se déplacer est un travail difficile. Mais ici aussi, la nanorobotique est inventive – et Biohybridebotercomme l’explorent Sitti et Park, n’est pas la seule option. Un micro-robot Ils proviennent également de l’endroit en réagissant chimiquement à l’environnement du corps. C’est ce qu’un groupe de recherche a fait Joseph Wang de la Université de Californie dans San Diego a développé un micromoteur en zinc qui réagit avec l’acide gastrique pour produire un flux de bulles d’hydrogène qui propulse le véhicule vers l’avant. Dans une expérience rapportée par les chercheurs en janvier, les moteurs ont réussi à déverser des charges – en l’occurrence des particules d’or – dans les parois de l’estomac de souris. Une fois les travaux terminés, ils se sont simplement dissous.

Les champs magnétiques comme aides au contrôle

La microrobotique reçoit parfois l’aide du monde que nous voyons. Plus précisément : avec des bobines qui induisent des champs magnétiques. Ils peuvent aider à guider et parfois même à propulser les plus petites particules. C’est une spécialité du groupe de travail Bradley Nelson dans Zurich. Son équipe a également reconnu les avantages des fléaux bactéries se déplacer. Mais au lieu de vrais microbes, ils ont construit des répliques de flagelles – comme 16 Micromètre robots courts à têtes magnétiques. Semblable à l’imagerie par résonance magnétique, les chercheurs appliquent ensuite des champs magnétiques externes pour contrôler les mini-nageurs en rotation – une technologie qui peut également être utilisée pour guider avec précision les cathéters vers la cible. En janvier, le groupe de Nelson a également publié une étude montrant comment les flagelles artificiels délivrent des molécules d’ADN en forme d’anneau dans les cellules rénales humaines.

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Mais l’équipe de Nelson a également testé de minuscules compagnons dans le corps vitré des yeux, dans les yeux de porcs morts. Schlachthof, pour être exact. Dans une expérience, les roboticiens ont enduit des billes métalliques d’un colorant dont la fluorescence changeait en fonction des niveaux d’oxygène dans son environnement. Lorsqu’ils appliquaient un champ magnétique depuis l’extérieur, les sphères de l’œil pouvaient être contrôlées avec précision et la teneur en oxygène pouvait être déterminée avec précision sur la base de la fluorescence. Ces informations peuvent aider à détecter précocement des maladies oculaires telles que le glaucome, qui peuvent conduire à la cécité.

Mais un véhicule qui nécessite de lourdes bobines magnétiques montées à l’extérieur peut Un micro-robot être appelé? Nelson admet que la maîtrise de soi – comme elle le fait avec Automobiles est réalisé depuis longtemps – il n’y a aucun objectif à notre portée. Et même avec un contrôle externe, ils peuvent Un micro-robot ne parcourez pas de grandes distances dans votre corps pour le moment. Hormis les robots avalés qui parcourent le tractus gastro-intestinal, les mini-machines doivent toujours être injectées dans l’organisme à proximité de leur lieu d’utilisation.

Cela n’empêche pas la microrobotique d’essayer constamment de nouveaux concepts. Comment fonctionne le laboratoire de recherche Google X Lab travaille à introduire des nanoparticules magnétiques dans la circulation sanguine, où elles recherchent et s’attachent à des cellules, protéines ou autres molécules suspectes. Ils voyagent ensuite dans les veines sous forme de colis et sont enregistrés – du moins selon le plan – par un bracelet équipé de capteurs. De cette façon, les ingénieurs de Google veulent activer un système d’alerte précoce qui… Krebs, crises cardiaques ou autres maladies. Bien entendu, la technologie en est encore à ses balbutiements.

La première utilisation régulière de microrobots disent des chercheurs comme Sitti et Nelson pour la décennie à venir. Sur le chemin, ses œuvres miniatures passent – que ce soit Biohybrideboter, mini pinces ou micro nageurs – une évolution qui s’intègre toujours mieux dans le monde intérieur de notre corps. Le résultat final n’est pas un sous-marin réduit, mais un zoo coloré de nouvelles mini-machines créées pour notre écosystème interne. « Il n’y a pas d’autre moyen », déclare Sitti. « Nous devons nous adapter au microcosme si nous voulons réaliser quelque chose. »

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