Nanorobots en médecine : vers des tests sur l’homme

On commence à parler d’essais cliniques sur l’homme pour des nanorobots destinés à des applications dans le domaine médical. Aux États-Unis notamment, quatre jeunes entreprises travaillent actuellement dans ce sens, dans le but d’amener leurs nanomachines en phase 1 d’études, après des études en laboratoire et des tests précliniques sur des animaux.

L’article “Livrer des médicaments avec des microrobots», paru dans Science le 7 décembre 2023, a ramené l’attention de la communauté scientifique internationale sur l’application concrète et efficace des les nanorobots en médecine.

Son auteur, Bradley Nelson, professeur de robotique et de systèmes intelligents à l’École polytechnique de Zurich, demande très simplement “où sont” ces petites machines biocompatibles à injecter dans le corps humain pour l’explorer plus facilement, le réparer de l’intérieur et administrer des médicaments de manière précise et ciblée. Les chercheurs nous en parlent depuis des années – commentaires – mais on ne les a toujours pas vu sortir des laboratoires et entrer au cœur des essais cliniques. Combien de temps avant cette étape ?

Mais avant de répondre à la question légitime, une clarification sémantique s’impose. Nelson, dans ses écrits, parle de « microrobots » parce que – comme il le dit lui-même – c’est l’expression la plus utilisée, la plus populaire et la plus générique. Sa signification, en réalité, fait référence à des robots de différentes tailles donne un micron (ou un centième de cheveu) à l’échelle de quelques millimètres.

Mais si l’appareil est plus petit qu’un micron, alors il s’agit d’un nanorobot (également appelénanobot“) et appartient au domaine des études en nanorobotique, dont la tâche est la création de robots à partir de dimensions allant de 0,1 à 10 micromètresi (où un micromètre correspond à un millième de millimètre), s’appuyant sur des critères et méthodologies spécifiques aux nanotechnologies et aux procédés de fabrication nanofabrication. C’est le sujet que nous aborderons dans cet article.

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Nanorobots et médecine : applications attendues dans le secteur de la santé

L’étude à laquelle il est dû conception du premier nanodispositif aussi épais qu’un cheveu humain, capable de se déplacer de manière autonome dans les liquides (il fonctionnait au glucose), date de 2004 et porte la signature de l’Université de Californie. Il a eu le mérite d’inaugurer le la robotique sur le plan nanométrique qui, précisément en raison de ses caractéristiques intrinsèques, a immédiatement eu, parmi les axes de recherche les plus fascinants, la construction de nanomachines de la taille d’une cellule, capables d’être injectées dans le corps humain et, à l’intérieur de celui-ci, de se déplacer comme elles le font, en réalité, un robot grandeur nature.

En bref, le domaine d’application privilégié des nanorobots est depuis leurs débuts la médecine. Au point que, même avant 2010, les chercheurs qui ont commencé à s’intéresser au sujet ont inventé le terme « nanomédecine », pour désigner, dans le secteur, ce domaine dans lequel, à l’avenir, l’utilisation de la nanorobotique permettrait pénétrer dans une cellule vivante pour libérer des molécules et réaliser toutes les opérations qui nécessitent normalement des manœuvres microchirurgicales invasives.

Constitués de matériaux synthétiques et biologiques (tels que des brins d’ADN) ou des deux (bien que la plupart se déplacent au moyen d’aimants), les nanobots, en plus de transport et libération de médicaments à des points spécifiques du corps (ce que l’on appelle « l’administration de médicaments »), ont également le potentiel de restructurer les tissus, suturer les vaisseaux sanguinsêtre envoyés en masse pour sonder les artères et les organes et pour dissoudre les caillots sanguins dans le cerveau des patients victimes d’un AVC.

C’est cependant le traitement des maladies oncologiques le domaine thérapeutique le plus intéressant vers lequel la nanorobotique s’est toujours tournée. L’objectif est de contourner la chimiothérapie classique – trop invasive et agressive – grâce justement à la taille des nanorobots introduits dans l’organisme, capables d’atteindre les cellules cancéreuses, même dans les points difficiles d’accès, et de “décrocher” le médicament directement à proximité. à la tumeur, la bombardant ainsi de l’intérieur et préservant ainsi les cellules et tissus sains environnants.

Telles sont les « tâches », les opérations, que l’on attend de ces nanodispositifs dans la pratique clinique quotidienne. Et peut-être que l’attente est sur le point de raccourcir.

Le travail des startups, de plus en plus proches des essais cliniques sur l’homme

“Combien de temps avant la transition des tests de laboratoire aux tests cliniques?” C’est la question que nous avions laissée en suspens au début et que se pose Bradley Nelson dans son article au sujet des nanorobots au service de la médecine.

Eh bien, le professeur de l’ETH Zurich est optimiste quant à l’arrivée de tels appareils dans les hôpitaux. Certains d’entre eux – explique-t-il – sont déjà passés du laboratoire aux tests précliniques sur de grands modèles animaux, y compris les porcs. Et aux États-Unis, il y a au moins démarrage quattro – ajoute-t-il – qui travaillent à la création de nanobots destinés à essai clinique sur des humainsafin de tester sa sécurité et son efficacité.

L’une d’entre elles est Bionaut, basée à Los Angeles, qui, en janvier 2023, a investi 43 millions de dollars pour amener ses nanomachines au marché. études de phase 1qui coïncident – ​​précisément – ​​avec des tests sur l’organisme humain.

Dans le détail, l’entreprise américaine est engagée dans le développement et la production de nanorobots gros comme la pointe d’un crayon, chargés de administration ciblée de médicaments pour le traitement d’une maladie génétique rare appelé « syndrome de Dandy-Walker », qui peut désormais être diagnostiqué dès le développement embryonnaire.

Chez les enfants atteints, la pathologie provoque une malformation grave du cervelet et d’une des cavités cérébrales contenant le liquide céphalo-rachidien. La mission du nanodispositif – encore en construction – sera de libérer le principe actif à l’endroit précis où se trouvent les kystes qui bloquent la circulation du liquide céphalo-rachidien dans le cerveau et de les perforer.

Il s’agit d’une approche thérapeutique inédite, d’importance historique, qui ouvrira une nouvelle voie dans la prise en charge des maladies génétiques rares.

Les nanorobots en médecine : où mène la recherche

En matière de nanorobots pour la médecine, si les applications les plus attendues dans la pratique clinique quotidienne sont celles décrites ci-dessus, deux projets de recherche en 2023 (l’année en cours) s’inscrivent dans le cadre d’études jusqu’ici inexplorées par les ingénieurs en nanorobotique, portant sur neurologie et à la fécondation in vitro.

La publication d’un article dans Advanced Science remonte au 30 novembre 2023 – Nelson illustre – («Des biobots vivants mobiles s’autoconstruisent à partir de cellules de graines progénitrices somatiques humaines adultes“), dans lequel des chercheurs de l’Université Tufts, à Boston, racontent comment ont développé un nanobot utilisant des cellules trachéales recueillies auprès de patients volontaires.

Pourquoi la trachée ? Parce qu’à l’intérieur, il présente un structure « cils ondulés » (fait pour capturer les microbes et les matières provenant de l’extérieur) qui s’est avéré utile au groupe d’étude pour concevoir un organoïde avec des cils tournés vers l’extérieur.

Selon la forme de leurs cils et la couverture de ces derniers, ces nanorobots seraient capables de se déplacer en ligne droite, de tourner en rond ou d’osciller. Mais la découverte inattendue – rapporte le professeur – réside dans le fait que, lorsque l’équipe, au cours de l’expérience en laboratoire, a glissé une minuscule tige métallique le long d’une couche de neurones placée dans une capsule, le nanorobt constitué de cils trachéaux ondulants «il a envahi la zone et déclenché la croissance de nouveaux neurones».

Le monde qu’ouvre ce premier et récent travail de recherche a à voir avec le croissance des neurones dans les zones endommagées du cerveaugrâce à des cellules trachéales normales, non modifiées et capables de se déplacer seules.

En février 2023, dans le journal «Les microrobots médicaux en médecine reproductive, du laboratoire à la clinique», parue dans Nature Communications, une équipe allemande décrit la création d’un nanorobot guidé par des champs magnétiques pour de futures applications dans le domaine de la fécondation in vitro.

Ces nanomachines pourraient notamment être utilisées pour ramener en toute sécurité l’embryon fécondé de manière externe dans l’utérus, augmentant ainsi les taux de réussite des implantations. Pour aller plus loin – ajoute Bradley Nelson – les auteurs de l’étude imaginent, dans le futur, des nanorobots guidés par des champs magnétiques qui, après avoir transporté l’embryon fécondé, ils le libèrent dans l’organisme du patient pour ensuite se dégrader naturellement.

Défis anciens et nouveaux

Depuis les premiers travaux, en 2004, les chercheurs dédiés aux études sur le thème des nanorobots pour la médecine ont eu des objectifs très clairs à poursuivre, en premier lieu celui relatif à dimensions des nanomachines à injecter dans le corps humain, suivi de la résolution des problèmes concernant leur mouvement dans différents types de fluides et de tissus corporels et de leur biodégradabilité.

En particulier, être capable d’atteindre des nanobots aux dimensions de plus en plus petitespour des investigations de plus en plus précises des organes humains et des analyses de tissus sans recourir à des biopsies invasives, constitue le défi numéro un des ingénieurs en nanorobotique.

Attention cependant – prévient le professeur Nelson – à viscosité du sang humainchargé d’empêcher des nanodispositifs de plus en plus petits de nager dans la direction opposée si le flux sanguin était particulièrement rapide.

Une autre question cruciale concerne la biodégradabilité des nanorobots dans le sang et, en corrélation avec cette criticité, le degré de sécurité des matériaux utilisés pour leur fabrication et, plus particulièrement, avec leur toxicité possible.

Mais, à la veille des essais cliniques sur l’homme – souligne enfin l’enseignant – ils se posent aussi obstacles réglementaires, faisant spécifiquement référence à la fonction d’administration de médicaments des nanorobots pour la médecine. Dans les vues à la combinaison « médicament-dispositif »:

«Même si le médicament est déjà bien connu et autorisé, puisqu’il s’agit d’une libération « sur site », avec des concentrations nettement supérieures à l’administration classique, les autorités réglementaires locales exigeront des études complémentaires, allongeant ainsi les délais d’attente pour les tests sur l’organisme. humain»

conclut Nelson.

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