Nager à contre-courant avec des ondes sonores

De minuscules véhicules, si petits qu'ils peuvent naviguer à travers nos vaisseaux sanguins, devraient permettre à l'avenir aux médecins de réaliser des biopsies à l'intérieur du corps, de poser des stents ou de transporter des médicaments avec précision vers des endroits difficiles à atteindre. Des scientifiques du monde entier étudient et développent actuellement de tels microvéhicules. Ils sont généralement propulsés et guidés par des champs magnétiques ou acoustiques ou par la lumière. Jusqu'à présent, déplacer des microvéhicules contre un courant de liquide représentait toutefois un grand défi. C'est notamment nécessaire pour que ces minuscules objets puissent naviguer dans les vaisseaux sanguins dans le sens inverse de l'écoulement du sang. Des chercheurs de l'ETH Zurich ont désormais développé des microvéhicules propulsés par un champ externe et capables de nager à contre-courant.

Dans leur expérience de laboratoire, les chercheurs dirigés par Daniel Ahmed et Bradley Nelson, professeurs au Département de génie mécanique et des procédés de l'ETH Zurich, ont utilisé des billes magnétiques d'oxyde de fer et de polymère d'un diamètre de 3 micromètres. Dans un champ magnétique, elles s'agglomèrent en un essaim d'un diamètre de 15 à 40 micromètres. Les scientifiques ont étudié le comportement de cet essaim de microbilles dans un tube de verre fin à travers lequel s'écoulait un liquide. Les tubes de verre utilisés avaient un diamètre de 150 à 300 micromètres et donc des dimensions similaires à celles des vaisseaux sanguins d'une tumeur.

Pour déplacer l'essaim de billes vers l'amont dans ce petit tube, les chercheurs de l'ETH ont utilisé la même astuce que celle utilisée par les bateliers dans une rivière : Ces derniers rament vers l'amont à proximité de la rive. A cet endroit, la vitesse d'écoulement est plus faible qu'au milieu de la rivière en raison de la résistance au frottement de la rive.

A l'aide d'ultrasons d'une certaine fréquence, les scientifiques ont d'abord amené l'essaim de microbilles à proximité de la paroi du tube. Ensuite, les chercheurs ont pu déplacer l'essaim dans le sens inverse du flux à l'aide d'un champ magnétique rotatif.

Les chercheurs souhaitent ensuite étudier le comportement des microvéhicules dans les vaisseaux sanguins des animaux. "Comme les ondes ultrasonores et les champs magnétiques traversent tous deux les tissus corporels, notre méthode est bien adaptée pour guider les microvéhicules également à l'intérieur du corps", explique le professeur Ahmed de l'ETH.

Parmi les futurs champs d'application envisagés figure la microchirurgie - par exemple pour déboucher des vaisseaux sanguins obstrués. En outre, les microvéhicules pourraient un jour être utilisés pour acheminer des médicaments anticancéreux vers les tumeurs via les vaisseaux sanguins et les faire pénétrer dans le tissu tumoral. Enfin, un autre champ d'application est l'introduction de médicaments dans le tissu cérébral à partir de vaisseaux sanguins.