Les macrophages et autres cellules immunitaires sont les guerriers immunitaires naturels de notre corps, défendant le corps contre les agents pathogènes et les cellules cancéreuses envahissantes. Pourtant, malgré leurs capacités innées de «combat», la réalisation et l'activation précisément de ces cellules in vivo est restée difficile. Ces dernières années, l'émergence de bio-microrobots a montré un grand potentiel pour convertir ces «soldats naturels» en unités de fonction contrôlables en utilisant des champs physiques externes et une conception biomimétique. Cependant, les approches existantes reposent généralement sur des champs magnétiques, acoustiques ou optiques pour générer un mouvement cellulaire, mais difficile à régler leurs fonctions biologiques. En outre, ces méthodes nécessitent une modification des matières ou génétiques exogènes, ce qui soulève de graves problèmes de biosécurité et de rejet immunitaire.
Dans un nouvel article publié dans Lumière: Science et applicationsune équipe de scientifiques dirigée par le professeur Hongbao Xin de l'Université de Jinan, en Chine, a développé un microrobot macrophage phagocytaire à alimentation légère (« phagobot ») qui combine des fonctions immunitaires innées avec contrôlabilité robotique. Le phagobot peut être « réveillé » et naviguer simplement à l'aide d'un faisceau lumineux proche infrarouge (NIR) étroitement focalisé.
« Nous voulions trouver un moyen de contrôler les cellules immunitaires avec la même précision que les machines, mais sans enlever leurs forces naturelles », a déclaré le professeur Xin, l'auteur correspondant de l'étude. « Avec cette stratégie de contrôle optique à double mode, les macrophages restent complètement naturels, mais ils peuvent être informés avec précision de déplacer, de rechercher et de phagocytose des bio-menaces à la fois in vitro et in vivo. »
Le processus commence par un faisceau laser NIR serré (1064 nm) se concentrant sur la surface des macrophages au repos. En quelques minutes, l'effet photothermique localisé déclenche des canaux ioniques sensibles à la température dans la membrane cellulaire, ce qui fait que le calcium se précipite dans la cellule. Cette réaction en chaîne active le métabolisme énergétique de la cellule et conduit à une rafale d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), qui est une caractéristique de l'activation des macrophages. En conséquence, le macrophage se transforme, étendant les « bras » flexibles appelés pseudopodes, prêts à l'action.
C'est comme retourner un interrupteur biologique avec de la lumière. La lumière ne se contente pas de déplacer la cellule. Il transforme la cellule en guerrier. «
Xing Li, le premier auteur et doctorant du journal à l'Université Jinan
Les pseudopodes étendus dans les macrophages activés peuvent agir comme de minuscules antennes pour détecter les changements dans le microenvironnement extracellulaire. Les chercheurs ont utilisé des forces optiques douces pour manipuler les pseudopodes, permettant un contrôle directionnel précis. De cette façon, le phagobot pourrait être navigué vers des emplacements cibles avec une forte précision spatiale.
« D'autres bio-microrobots qui s'appuient sur des champs magnétiques ou acoustiques pour pousser des cellules entières, qui peuvent inévitablement perturber l'activité cellulaire et l'état immunitaire. En contraste, cette méthode fonctionne au niveau subcellulaire, ne guidant que la pseudopode. Cela maintient le reste de la cellule non trouvée, imitant la façon dont les cellules immunitaires migrent naturellement dans les tissus. » A déclaré l'auteur de co-corresponding, le professeur agrégé Ting Pan.
Dans les tests de laboratoire, le phagobot a montré une efficacité remarquable dans le ciblage et l'engulfage d'une variété de bio-menace, notamment Staphylococcus aureuscellules de levure, nanoparticules en plastique et débris de cellules tumorales. Le système a également prouvé sa puissance in vivo. À l'aide de modèles de poisson zèbre, les chercheurs ont marqué des macrophages avec des marqueurs fluorescents et ont réussi et ont réussi à les accéder dans un environnement intestinal complexe et en mouvement constant. Là, les phagobots ont localisé et éliminé les débris cellulaires sans causer de lésions tissulaires visibles même après une exposition prolongée à la lumière.
« Cette approche surmonte les deux principaux goulots d'étranglement dans le domaine des bio-microrobots: les systèmes de conduite externes ne peuvent que conduire les cellules à se déplacer et la nécessité de modifications synthétiques ou génétiques. Il fournit une plate-forme non génétique pour une intervention immunitaire in vivo, offrant des applications prometteuses en thérapie ciblée et en immunomodulation de précision », ces scientifiques résumaient.
