Des microrobots biodégradables et métalliques pour révolutionner l’administration de médicaments et les biopsies

Un essaim de minuscules robots entièrement métalliques et capables de changer de forme pourrait un jour administrer des médicaments et prélever des échantillons de biopsie sans douleur, puis se dissoudre sans risque sans nécessiter d’extraction, selon une étude.

Ces microrobots, les premiers du genre, allient durabilité et sécurité lors de tests sur des souris, a déclaré le co-auteur principal de l’étude, le Dr Ling Li, instructeur en gastroentérologie et hépatologie à la Faculté de médecine de l’université Johns Hopkins.

« Les microrobots biodégradables existants sont fabriqués à partir de matériaux tels que des polymères ou des hydrogels qui se biodégradent, mais ils manquent de la résistance et de la rigidité qui permettent à nos microrobots entièrement métalliques de pénétrer et de couper les tissus, tout en ne laissant aucune trace une fois leur travail terminé », a déclaré le Dr Li.

L’utilisation de microrobots pourrait un jour remplacer certaines procédures d’endoscopie conventionnelles, inconfortables et invasives, en avalant simplement une capsule. Des milliers de ces dispositifs, emballés dans une capsule, pourraient voyager à l’intérieur du corps, où, tels de minuscules transformateurs, les microrobots préprogrammés changent de forme à leur destination pour former de minuscules pinces permettant de prélever des échantillons de tissus dans des zones difficiles d’accès avec les méthodes traditionnelles.

Ils peuvent également se transformer en micro-injecteurs pour administrer des médicaments, offrant une alternative à l’injection ou à la perfusion intraveineuse pour l’administration de produits biologiques tels que les agents anti-TNF (facteur de nécrose tumorale) et les médicaments à base de GLP-1 (glucagon-like peptide-1). En les injectant sous la muqueuse du tractus gastro-intestinal et en ciblant des endroits spécifiques du corps plutôt que de distribuer le médicament largement, cette approche pourrait améliorer l’absorption des médicaments. Elle pourrait également éliminer la nécessité d’injections fréquentes ou de visites à la clinique pour le traitement d’affections gastro-intestinales telles que les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin, les hémorragies et le cancer.

En modifiant l’épaisseur des couches métalliques, l’équipe de recherche peut contrôler la tension entre les couches et la manière dont elles se replient pour former des formes bidimensionnelles et tridimensionnelles.

« La variabilité de l’épaisseur des couches et l’utilisation d’autres matériaux déterminent la durée de vie des métaux avant qu’ils ne commencent à se biodégrader », a déclaré le co-auteur principal Wangqu Liu, doctorant à la Johns Hopkins University Whiting School of Engineering, qui a conçu et fabriqué les microrobots. « Nous pouvons contrôler la vitesse de dégradation, de quelques minutes à plusieurs mois, selon l’application. »

Les chercheurs ont démontré la capacité de leurs microrobots à pénétrer la paroi interne de l’intestin pour une éventuelle administration de médicaments dans les voies gastro-intestinales de souris. Ils ont également montré la capacité des dispositifs à se métamorphoser comme programmé et à insérer leurs pointes dans la couche de tissu juste sous la surface de l’intestin sans percer de trous ni causer d’autres dommages.

L’équipe de recherche a développé un nouveau procédé de fabrication sans liquide qui leur a permis de créer une nouvelle classe de microrobots plus résistants, composés de métaux et d’oxydes métalliques hydrosolubles, ce qui leur confère leurs propriétés biodégradables. Le procédé n’utilise qu’une infime quantité de métal.

« Il s’agit généralement de quelques microgrammes seulement, et il est conçu pour rester dans les limites de sécurité établies », a déclaré Liu.

« Nous considérons ces dispositifs entièrement métalliques et biodégradables comme une avancée importante dans l’effort pour réaliser tout le potentiel des microrobots médicaux », a déclaré le Dr Li. « Nous n’avons pas à choisir entre résistance et sécurité. Nous pouvons avoir les deux. »