Une équipe d’ingénieurs de l’Université du Colorado à Boulder a conçu une nouvelle classe de minuscules robots autopropulsés capables de traverser des liquides à des vitesses incroyables et qui pourraient même un jour livrer des médicaments sur ordonnance à des endroits difficiles d’accès à l’intérieur de l’être humain. corps.
Les chercheurs décrivent leurs mini prestataires de soins de santé dans un article publié le mois dernier dans la revue Petit.
« Imaginez si des microrobots pouvaient effectuer certaines tâches dans le corps, telles que des chirurgies non invasives », a déclaré Jin Lee, auteur principal de l’étude et chercheur postdoctoral au Département de génie chimique et biologique. « Au lieu de couper le patient, nous pouvons simplement introduire les robots dans le corps par le biais d’une pilule ou d’une injection, et ils effectueraient la procédure eux-mêmes. »
Lee et ses collègues n’en sont pas encore là, mais la nouvelle recherche est un grand pas en avant pour les petits robots.
Les microrobots du groupe sont vraiment petits. Chacun mesure seulement 20 micromètres de large, plusieurs fois plus petit que la largeur d’un cheveu humain. Ils sont également très rapides, capables de se déplacer à des vitesses d’environ 3 millimètres par seconde, soit environ 9 000 fois leur propre longueur par minute. C’est plusieurs fois plus rapide qu’un guépard en termes relatifs.
Ils ont aussi beaucoup de potentiel. Dans la nouvelle étude, le groupe a déployé des flottes de ces machines pour transporter des doses de dexaméthasone, un médicament stéroïde courant, vers les vessies de souris de laboratoire. Les résultats suggèrent que les microrobots peuvent être un outil utile pour traiter les maladies de la vessie et d’autres maladies chez les humains.
Les robots à micro-échelle ont suscité beaucoup d’enthousiasme dans les cercles scientifiques, mais ce qui les rend intéressants pour nous, c’est que nous pouvons les concevoir pour effectuer des tâches utiles dans le corps. »
C. Wyatt Shields, co-auteur de la nouvelle étude et professeur adjoint de génie chimique et biologique
Voyage fantastique
Si cela ressemble à quelque chose tiré de la science-fiction, c’est parce que ça l’est. Dans le film classique Fantastic Voyage, un groupe d’aventuriers voyage via un sous-marin rétréci dans le corps d’un homme dans le coma.
« Le film est sorti en 1966. Aujourd’hui, nous vivons dans une ère de robots à l’échelle micrométrique et nanométrique », a déclaré Lee.
Il imagine que, tout comme dans le film, des microrobots pourraient tourbillonner dans le sang d’une personne, recherchant des zones ciblées à traiter pour diverses affections.
L’équipe fabrique ses microrobots à partir de matériaux appelés polymères biocompatibles en utilisant une technologie similaire à l’impression 3D. Les machines ressemblent un peu à de petites fusées et sont livrées avec trois minuscules ailerons. Ils incluent également un petit quelque chose en plus : chacun des robots transporte une petite bulle d’air emprisonnée, similaire à ce qui se passe lorsque vous plongez un verre à l’envers dans l’eau. Si vous exposez les machines à un champ acoustique, comme celui utilisé dans les ultrasons, les bulles commenceront à vibrer sauvagement, repoussant l’eau et propulsant les robots vers l’avant.
D’autres co-auteurs de CU Boulder de la nouvelle étude incluent Nick Bottenus, professeur adjoint de génie mécanique; Ankur Gupta, professeur adjoint de génie chimique et biologique ; et les étudiants diplômés en génie Ritu Raj, Cooper Thome, Nicole Day et Payton Martinez.
Pour tester leurs microrobots, les chercheurs ont jeté leur dévolu sur un problème commun à l’homme : la maladie de la vessie.
Apporter un soulagement
La cystite interstitielle, également connue sous le nom de syndrome de la vessie douloureuse, affecte des millions d’Américains et, comme son nom l’indique, peut provoquer de graves douleurs pelviennes. Traiter la maladie peut être tout aussi inconfortable. Souvent, les patients doivent se rendre plusieurs fois dans une clinique sur une période de plusieurs semaines où un médecin injecte une solution dure de dexaméthasone dans la vessie à l’aide d’un cathéter.
Lee pense que les microrobots pourraient apporter un certain soulagement.
Lors d’expériences en laboratoire, les chercheurs ont fabriqué des écoles de microrobots encapsulant de fortes concentrations de dexaméthasone. Ils ont ensuite introduit des milliers de ces robots dans la vessie de souris de laboratoire. Le résultat a été un voyage fantastique dans la vraie vie : les microrobots se sont dispersés dans les organes avant de se coller aux parois de la vessie, ce qui les rendrait probablement difficiles à uriner.
Une fois sur place, les machines ont lentement libéré leur dexaméthasone pendant environ deux jours. Un tel flux régulier de médicaments pourrait permettre aux patients de recevoir plus de médicaments sur une plus longue période, a déclaré Lee, améliorant ainsi les résultats pour les patients.
Il a ajouté que l’équipe a beaucoup de travail à faire avant que les microrobots puissent voyager à travers de vrais corps humains. Pour commencer, le groupe souhaite rendre les machines entièrement biodégradables afin qu’elles finissent par se dissoudre dans le corps.
« Si nous pouvons faire fonctionner ces particules dans la vessie », a déclaré Lee, « alors nous pouvons obtenir une libération de médicament plus soutenue, et peut-être que les patients n’auraient pas à venir à la clinique aussi souvent. »
