Les micromoteurs, soignants au cœur de nos cellules

Des milliers de robots microscopiques qui s’activent dans nos intestins, nos veines, nos organes, pour venir soigner, enlever ou réparer : on croirait à un scénario de science-fiction. Pourtant, le rêve d’une telle médecine non invasive est peut-être en train de se réaliser.

De plus en plus de micromoteurs, particules de l’ordre de la dizaine de micromètres, capables d’évoluer de manière autonome et de répondre aux stimuli de leur environnement en modifiant leur forme ou leur activité, sont développés et testés en laboratoire. Ces micronageurs en matériaux biocompatibles et biodégradables existent sous de nombreuses formes. Ils peuvent traverser le corps humain jusqu’à leur cible (une tumeur ou une thrombose, par exemple), où leur fonction est activée par un signal extérieur ou par une modification intrinsèque des conditions physico-chimiques. De quoi délivrer des molécules médicamenteuses ou des cellules directement à l’endroit souhaité, effectuer une microchirurgie ou des microbiopsies, détoxifier ou débloquer une thrombose. Le tout avec des procédés qui ne sont ni toxiques ni invasifs.

Ces micromoteurs peuvent être administrés par voie intraveineuse ou orale, encapsulés dans des capsules et libérés dans l’intestin, où ils peuvent cibler les lésions. Pour l’instant, c’est la voie orale qui est la plus testée en laboratoire, bien que la voie veineuse permette d’accéder à un plus grand nombre d’organes.

Injection de micromoteurs

Ces micromoteurs peuvent être administrés par voie veineuse ou par voie oralece dernier étant pour le moment le plus testé en laboratoire.

Télécommande

Les micromoteurs sont commandés par Lasers NIR (infrarouge).

Propulsion par autothermophorèse

L’or est capable de convertir l’énergie infrarouge qu’il reçoit en chaleur. Comme le métal ne recouvre qu’un seul côté de la balle, l’irradiation thermique est asymétrique, créant un gradient de température. Les molécules d’eau se déplaceront plus rapidement du côté chaud que du côté froid.
Cela provoque un déséquilibre des forces autour de la particule qui induit sa propulsion.

endocytose

Guidés jusqu’à la tumeur, ces micromoteurs franchissent les barrières biologiques jusqu’à la membrane de la cellule qui les absorbe.

Intégration dans les lysosomes

Les lysosomes sont des poches dans lesquelles les cellules intériorisent tout ce qui vient de l’extérieur. Leur pH très acide permet de traiter, voire de dégrader, les corps étrangers.

Dégradation

Le pH acide du lysosome va activer la réaction de dissolution de la particule de carbonate de calcium produisant des microbulles de CO2.

Propulsion hors du lysosome

Grâce au jet dirigé de microbulles, le micromoteur va sortir du lysosome.

libération de drogue

La dissolution des particules de carbonate de calcium permet également la libération de la molécule de doxorubicine.

mort cellulaire

La doxorubicine pénètre dans le noyau et attaque l’ADN, ce qui provoque la mort cellulaire. C’est pourquoi il est important de cibler spécifiquement les cellules cancéreuses.

Infographie : Le mondeEva Desvigne Hansch et Audrey Lagadec

Sources: Xiang Zhou et al., J. Chem. Ing.2021
Huaijuan Zhou et al., Cyborg et systèmes bioniques2022

Pour suivre ces micronageurs dans le corps, différentes techniques d’imagerie médicale peuvent être utilisées. La tomographie photoacoustique, qui a déjà été utilisée dans des expériences de suivi de micromoteurs dans l’intestin de souris vivantes, est une technique d’imagerie hybride non invasive qui combine une excitation lumineuse et une détection acoustique. Cette technique permet à la fois une bonne résolution et une bonne pénétration tissulaire. D’autres techniques sont envisagées, comme l’imagerie par résonance magnétique. Cependant, il reste des défis à relever : les techniques utilisées pour ces études, réalisées sur des souris, qui ne disposent que de quelques centimètres de tissu, ne donneront pas forcément la résolution attendue sur l’homme, à une taille plus importante.

Il ne faut donc pas crier victoire trop vite. La recherche en est encore à ses balbutiements en matière de micromoteurs. De nombreux laboratoires dans le monde développent ces robots, mais trop peu sont testés sur des souris et aucun n’a encore atteint le stade des essais cliniques. On attend donc avec impatience le développement de ces techniques médicales qui pourraient révolutionner la médecine non invasive.

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