Des boulettes magnétiques qui roulent

Lorsque certains globules blancs (appelés neutrophiles) sont appelés à intervenir contre des germes envahisseurs, ils se déplacent de manière spécifique dans les vaisseaux sanguins : Ils roulent le long de la paroi des vaisseaux sanguins, comme une balle poussée par le vent, jusqu'à leur lieu d'intervention. Comme ils peuvent s'ancrer dans la paroi du vaisseau, ils parviennent même à se déplacer à contre-courant du flux sanguin.

Ce comportement des globules blancs a inspiré le post-doctorant Daniel Ahmed du groupe du professeur de l'ETH Bradley Nelson. En laboratoire, il a développé un nouveau système permettant de faire rouler des agrégats de particules magnétisées dans des vaisseaux à l'aide d'un champ acoustique et magnétique combiné. L'étude correspondante a été publiée récemment dans la revue spécialisée page externeNature Communications a été publiée.

Le champ magnétique fait s'agglomérer les particules

Le mécanisme de transport à la base de l'appareil est aussi simple que génial : les chercheurs placent des particules magnétiques biocompatibles disponibles dans le commerce dans des vaisseaux sanguins artificiels. Lorsqu'ils appliquent un champ magnétique circulaire, les particules s'agglomèrent en agrégats et commencent à tourner autour de leur propre axe.

Lorsque les chercheurs appliquent un champ ultrasonique d'une certaine fréquence, les agrégats se déplacent vers la paroi du vaisseau, le long de laquelle ils continuent finalement à rouler. Le roulement commence lorsque les caillots atteignent une taille minimale de six micromètres, soit un dixième du diamètre d'un cheveu humain.

Si les chercheurs arrêtent le champ magnétique, les agrégats se désagrègent et se dispersent dans le flux de liquide.

Jusqu'à présent, Ahmed n'a testé ce système que dans des canaux artificiels. Il est toutefois convaincu que la méthode peut également être utilisée dans des organismes vivants. "L'objectif est d'utiliser ce mécanisme de transport pour amener, par exemple, des médicaments à des endroits du corps qui ne sont que très difficilement accessibles en utilisant des méthodes d'imagerie", souligne le chercheur. Il pense ici aux tumeurs qui ne sont accessibles que par de fins capillaires et qui pourraient être tuées au moyen de microthérapeutiques roulantes et des substances actives qu'elles délivrent.

Imagerie ultrasonore à plus haute résolution

Pour la micro et la nanorobotique, l'imagerie dans l'organisme vivant est un défi majeur. Les techniques d'échographie et d'imagerie par résonance magnétique (IRM) ainsi que l'imagerie à l'aide de particules magnétiques (MPI) font déjà partie du quotidien dans la pratique clinique. Ces procédés pourraient désormais être utilisés pour suivre les agrégats roulants. L'imagerie par particules magnétiques peut enregistrer des images 3D haute résolution en temps réel avec des agents de contraste IRM à base d'oxyde de fer approuvés en clinique. Ahmed et ses collègues sont donc confiants dans leur capacité à combiner les nanomédicaments avec les particules d'oxyde de fer afin d'imager les vaisseaux sanguins en temps réel tout en transportant les nanomédicaments.

Le mécanisme de transport par ultrasons est également une application possible. Ainsi, les particules magnétiques et les nanomédicaments pourraient être intégrés dans de minuscules bulles. Celles-ci seraient recouvertes de polymères et pourraient ensuite être utilisées comme agent de contraste, pouvant être distribué dans des régions du corps difficiles à atteindre. Cela pourrait améliorer la résolution dans l'imagerie par ultrasons.

Dans cette étude, les chercheurs présentent le mécanisme de déplacement de microbilles qui s'organisent d'elles-mêmes. Ils souhaitent ensuite étudier le comportement des rouleaux magnétiques dans des conditions d'écoulement avec des particules supplémentaires telles que des globules rouges et blancs, et voir s'ils parviennent à déplacer les boulettes magnétiques même à contre-courant. Ahmed et ses collaborateurs veulent également tester le système pour la première fois dans un organisme vivant.