- " On peut définir la science-fiction comme la branche de la littérature qui se soucie des réponses de l'être humain, aux progrès de la science et de la technologie. " Isaac Asimov Préface de David Starr, justicier de l'espace.
- Hong Han et al. Microrobots acoustiques à base d'hydrogel biorésorbable guidés par imagerie.
SCI Robot. 9 , eadp3593 (2024). DOI: 10.1126/scirobotics.adp3593
https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adp3593
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Cependant, leur efficacité et leur capacité à être détectés en temps réel lorsqu'ils sont déployés dans le corps posent plusieurs problèmes.
Han et al. ont maintenant développé des microrobots acoustiques biorésorbables qui peuvent être propulsés acoustiquement et magnétiquement vers les tissus d'intérêt et utilisés pour l'imagerie par ultrasons en temps réel et l'administration de produits thérapeutiques.
Les microrobots acoustiques remplis de gaz ont été utilisés in vivo dans un modèle de tumeur de la vessie murine et ont démontré le potentiel de soutenir l'imagerie en temps réel et l'administration de médicaments anticancéreux au tissu malade, ce qui a entraîné une réduction de la taille de la tumeur. —Amos Matsiko
Abstract
Malgré leurs promesses, le déploiement pratique se heurte à des obstacles, notamment la réalisation d'une propulsion stable dans des environnements biologiques in vivo complexes, l'imagerie et la localisation en temps réel dans les tissus profonds, et le contrôle à distance précis pour une thérapie ciblée et la garantie d'une efficacité thérapeutique élevée.
Pour surmonter ces obstacles, nous présentons un microrobot acoustique biorésorbable (BAM) à base d'hydrogel, guidé par imagerie, conçu pour naviguer dans le corps humain avec une grande stabilité.
Construit à l'aide d'une polymérisation à deux photons, un BAM comprend des nanoparticules magnétiques et des agents thérapeutiques intégrés dans sa matrice d'hydrogel pour un contrôle de précision et l'administration de médicaments.
Le microrobot présente une chimie de surface optimisée avec une couche interne hydrophobe pour améliorer considérablement la rétention des microbulles dans les biofluides avec une fonctionnalité multijournalière et une couche externe hydrophile pour minimiser l'agrégation et favoriser une dégradation rapide.
La conception de la cavité de piégeage des bulles à double ouverture permet à un BAM de maintenir une propulsion acoustique constante et efficace sur une gamme de fluides biologiques. Sous stimulation ultrasonore focalisée, les microbulles piégées oscillent et améliorent le contraste pour l'imagerie ultrasonore en temps réel, facilitant le suivi et le contrôle précis du mouvement du BAM grâce à la navigation magnétique sans fil. De plus, la biodégradabilité induite par hydrolyse des BAM garantit sa dissolution en toute sécurité après le traitement, ne présentant aucun risque de dommage résiduel à long terme. Des preuves expérimentales approfondies in vitro et in vivo démontrent les capacités prometteuses des BAM dans les applications biomédicales. Cette approche est prometteuse pour faire progresser les interventions médicales mini-invasives et l'administration thérapeutique ciblée
Caractérisation de la propulsion des BAM.
( A à C ) Trajectoires de propulsion d'un BAM à ouverture simple (A), d'un BAM à double ouverture (θ = 60°) (B) et d'un BAM à double ouverture (θ = 90°) (C). Barres d'échelle, 50 μm. ( D ) Dépendance de la vitesse mesurée expérimentalement des BAM et de la force combinée simulée sur θ. Les barres d'erreur représentent l'écart-type de 10 BAM. au, unités arbitraires. ( E à H ) Motifs de lignes de courant moyennés dans le temps des profils tourbillonnaires d'un BAM à ouverture simple [(E) et (G)] et d'un BAM à double ouverture [(F) et (H)] à la fréquence de résonance, obtenus via une analyse PIV des traceurs de particules passifs [(E) et (F)] et une simulation numérique [(G) et (H)]. Le corps du BAM est fixé sur le substrat avec l'ouverture parallèle au substrat. Barres d'échelle, 15 μm. ( I ) Illustration schématique de la stratégie de traitement de surface en deux étapes pour préserver les microbulles pendant des périodes prolongées dans les biofluides et maintenir une transférabilité facile. ( J et K ) Images optiques des BAM sans (J) et avec (K) le traitement de surface après incubation dans l'urine, et les valeurs θ c correspondantes des surfaces internes et externes des BAM. Barres d'échelle, 50 μm. ( L ) Capacités de rétention de bulles dans les fluides biologiquement pertinents (c.-à-d. PBS, urine et sérum) de microrobots imprimés en 3D basés sur IP-Dip, des BAM non traités et des BAM traités en surface. Les barres d'erreur représentent l'écart type de trois lots. ( M ) Images optiques des BAM retenant les bulles et des trajectoires de mouvement des BAM après avoir été immergés dans du PBS pendant 7 jours et dans du sérum pendant 4 jours. Barres d'échelle, 50 μm. ( N à Q ) Schémas et trajectoires de mouvement des microrobots dans l'urine humaine (N), le liquide gastro-intestinal porcin (O), le liquide de plaie murine (P) et le sang total (Q). Barres d'échelle, 100 μm.
By FREEPIX/AIExplication de texte dans CalTECH
https://www.caltech.edu/about/news/minuscule-robots-for-targeted-drug-delivery
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À l’avenir, des robots miniatures pourraient être chargés d’administrer des médicaments thérapeutiques exactement là où ils sont nécessaires dans le corps. Pas de petits humanoïdes métalliques ni même de robots biomimétiques, mais plutôt de minuscules sphères ressemblant à des bulles.
"De tels robots auraient une longue liste d’exigences. Par exemple, ils devraient pouvoir survivre dans les fluides corporels, comme les acides gastriques, et être contrôlables, afin de pouvoir être dirigés précisément vers les sites ciblés. Ils devraient également pouvoir libérer leur cargaison médicale uniquement lorsqu’ils atteignent leur cible, et être ensuite absorbables par le corps sans causer de dommages.
Aujourd'hui, des microrobots répondant à toutes ces conditions ont été développés par une équipe dirigée par Caltech. Grâce à ces robots, l'équipe a réussi à mettre au point des thérapies qui ont réduit la taille des tumeurs de la vessie chez la souris. Un article décrivant ces travaux est paru dans la revue Science Robotics .
Image au microscope électronique à balayage des microrobots hydrogels acoustiques biorésorbables imprimés.
« Nous avons conçu une plateforme unique capable de résoudre tous ces problèmes », explique Wei Gao , professeur d'ingénierie médicale à Caltech, chercheur à l'Heritage Medical Research Institute et co-auteur correspondant du nouvel article sur les robots, que l'équipe appelle microrobots acoustiques biorésorbables (BAM). « Plutôt que d'introduire un médicament dans le corps et de le laisser se diffuser partout, nous pouvons désormais guider nos microrobots directement vers un site tumoral et libérer le médicament de manière contrôlée et efficace », explique Gao.
Le concept de micro- ou nanorobots n’est pas nouveau. Des versions de ces robots ont été développées au cours des deux dernières décennies. Cependant, jusqu’à présent, leurs applications dans les systèmes vivants ont été limitées, car il est extrêmement difficile de déplacer des objets avec précision dans des biofluides complexes tels que le sang, l’urine ou la salive, explique Gao. Les robots doivent également être biocompatibles et biorésorbables, ce qui signifie qu’ils ne laissent aucune substance toxique dans le corps.
Les microrobots développés par Caltech sont des microstructures sphériques constituées d'un hydrogel appelé diacrylate de poly(éthylène glycol). Les hydrogels sont des matériaux qui se présentent sous forme liquide ou de résine et deviennent solides lorsque le réseau de polymères qu'ils contiennent se réticule ou durcit. Cette structure et cette composition permettent aux hydrogels de retenir de grandes quantités de liquide, ce qui rend nombre d'entre eux biocompatibles. La méthode de fabrication additive permet également à la sphère extérieure de transporter la charge thérapeutique vers un site cible dans le corps.
Pour développer la recette de l'hydrogel et fabriquer les microstructures, Gao s'est tourné vers Julia R. Greer , professeure de science des matériaux, de mécanique et d'ingénierie médicale Ruben F. et Donna Mettler de Caltech, directrice de la Fondation Fletcher Jones du Kavli Nanoscience Institute et co-auteure correspondante de l'article. Le groupe de Greer possède une expertise en lithographie par polymérisation à deux photons (TPP), une technique qui utilise des impulsions extrêmement rapides de lumière laser infrarouge pour réticuler sélectivement des polymères photosensibles selon un motif particulier de manière très précise. Cette technique permet de construire une structure couche par couche, d'une manière qui rappelle les imprimantes 3D, mais dans ce cas, avec une précision et une complexité de forme beaucoup plus grandes."
« Nous pensons qu'il s'agit d'une plateforme très prometteuse pour l'administration de médicaments et la chirurgie de précision », déclare Gao. « À l'avenir, nous pourrions envisager d'utiliser ce robot comme plateforme pour administrer différents types de charges thérapeutiques ou d'agents pour différentes pathologies. Et à long terme, nous espérons tester ce système sur des humains. »
Commentaire
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"Des Bioresorbable Acoustic Hydrogel Microrobots (BAMs), des microrobots qui peuvent être guidés par imagerie et qui conçus pour délivrer des médicaments anticancéreux de manière ciblée, tout en étant biodégradables ! Ici ils délivrent une chimiothérapie classique : le 5FU comme avancée"
Une avancée thérapeutique majeure, un rêve qui se réalise !
NANOROBOT et CANCER By PERPLIXITY (IA)
Fonctionnement
Les nanorobots utilisent différentes approches pour attaquer les tumeurs :- Blocage de l'approvisionnement sanguin : Certains nanorobots détectent les protéines spécifiques des vaisseaux tumoraux et libèrent de la thrombine, provoquant la formation de caillots qui asphyxient la tumeur
- Activation par pH : D'autres nanorobots s'activent dans l'environnement acide caractéristique des tumeurs, libérant leur charge utile uniquement à proximité des cellules cancéreuses
- Action mécanique : Des nanomachines peuvent pénétrer directement dans les cellules cancéreuses et les détruire par des mouvements moléculaires de repliement et de dépliage
Résultats prometteurs
Les tests sur des modèles animaux ont montré des résultats encourageants :
Réduction de 70% de la croissance tumorale chez la souris- Doublement de l'espérance de vie des animaux traités
- Nécrose des tumeurs en 48 heures chez certains modèles
Avantages potentiels
- Ciblage spécifique des cellules cancéreuses, épargnant les tissus sains
- Réduction des effets secondaires par rapport aux chimiothérapies traditionnelles
- Possibilité de traiter divers types de cancers
Des nanorobots à base d'ADN pour asphyxier les tumeurs
https://usbeketrica.com/fr/article/des-nanorobots-a-base-d-adn-pour-asphyxier-les-tumeurs
Nanobots IA : transformer le paysage de la médecine de précision dans l'industrie pharmaceutique ,Dr Andrée Bates
Application du micro/nanorobot en médecine
( A) Analyse ELISA automatisée et efficace activée par nanorobot magnétique (nR-ELISA). Adapté avec la permission de Wang et al. (2022) . Copyright 2022 American Chemical Society. (B) Les MagRobots ont été modifiés avec un anticorps contre la protéine de pointe du SARS-CoV-2. Adapté avec la permission de Mayorga-Martinez et al. (2022) . Copyright 2022 Elsevier Science and Technology Journals. (C) La préparation de microrobots à base de spores magnétiques fluorescentes (spore@Fe3O4@CDs) implique la combinaison d'un dépôt chimique facile et de techniques ultérieures d'encapsulation et de fonctionnalisation. Adapté avec la permission de de Ávila et al. (2016) . Copyright 2016 American Chemical Society.
https://www.frontiersin.org/journals/bioengineering-and-biotechnology/articles/10.3389/fbioe.2024.1347312/full