Une nouvelle méthode d'imagerie permet de visualiser des micro-robots dans le corps humain

L'imagerie est également une condition préalable pour surveiller les interventions thérapeutiques effectuées et vérifier si les robots ont rempli leur mission comme prévu. "L'absence de possibilité de fournir un retour d'information en temps réel sur les microrobots a donc constitué un obstacle majeur sur la voie d'une application clinique".

En collaboration avec Metin Sitti, un microroboticien de renommée mondiale, également membre du CLS en tant que chef de département à l'Institut Max Planck des systèmes intelligents (MPI-IS) et professeur d'intelligence physique à l'ETH, ainsi qu'avec d'autres chercheurs, l'équipe vient de réaliser une percée importante dans la fusion efficace de la microrobotique et de l'imagerie. Dans une étude qui vient de para?tre dans la revue Science Advances, ils sont parvenus pour la première fois à détecter et à suivre clairement et en temps réel de minuscules robots mesurant jusqu'à cinq micromètres dans les vaisseaux sanguins du cerveau de souris gr?ce à une méthode d'imagerie non invasive.

Les chercheurs ont utilisé des microrobots d'une taille de 5 à 20 micromètres. Les plus petits robots sont à peu près aussi grands que les globules rouges, qui ont un diamètre de 7 à 8 micromètres. Cette taille permet aux microrobots injectés par voie intraveineuse de se déplacer même à travers les microcapillaires les plus fins du cerveau d'une souris. Les chercheurs ont également mis au point une technique de tomographie optoacoustique spéciale afin de pouvoir réellement identifier les minuscules robots individuellement, avec une haute résolution et en temps réel.

Cette méthode d'imagerie unique permet de détecter les minuscules robots dans des régions profondes et difficiles d'accès du corps et du cerveau, ce qui n'aurait pas été possible avec la microscopie optique ou une autre technique d'imagerie. La méthode est dite optoacoustique, car on émet d'abord de la lumière qui est absorbée par le tissu concerné. L'absorption génère alors de minuscules ondes ultrasonores que l'on peut détecter et analyser afin d'obtenir des images volumétriques à haute résolution.

Des robots à tête de Janus recouverts d'une couche d'or

Pour que les microrobots soient clairement visibles sur les images, les chercheurs avaient besoin d'un agent de contraste approprié. Pour leur étude, ils ont donc utilisé des microrobots sphériques à base de particules de silice recouvertes d'un revêtement appelé Janus. Ce type de robot a un design très robuste et convient très bien aux t?ches médicales exigeantes. Il doit son nom au dieu romain Janus, qui possédait deux visages. Sur les robots, les deux moitiés de la sphère sont revêtues différemment. Dans le cas actuel, les chercheurs ont revêtu l'une des moitiés du robot de nickel et l'autre d'or.

" L'or est un très bon agent de contraste pour l'imagerie optoacoustique ", explique Razansky, " sans la couche d'or, le signal généré par les microrobots est tout simplement trop faible pour être détecté." En plus de l'or, les chercheurs ont testé l'utilisation de petites bulles, appelées nanoliposomes, qui contenaient un colorant vert fluorescent, également utilisé comme agent de contraste. "Les liposomes ont également l'avantage de pouvoir être chargés de médicaments, ce qui est important pour les futures approches d'administration ciblée de médicaments", explique Wrede, premier auteur de l'étude. Les possibilités d'utilisation des liposomes seront examinées dans une étude de suivi.

L'or permet en outre de minimiser l'effet toxique du nickel sur les cellules - enfin, si les futurs microrobots doivent être utilisés chez des animaux vivants ou des humains, ils doivent être biocompatibles et non toxiques, ce qui fait partie d'un travail de recherche en cours. Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé du nickel comme moyen de propulsion magnétique, associé à un simple aimant permanent, pour tirer les robots. Dans des études ultérieures, ils souhaitent également tester l'imagerie optoacoustique avec une commande de mouvement plus complexe utilisant des champs magnétiques rotatifs.

"Cela nous donnerait la possibilité de contr?ler et de déplacer les microrobots avec précision, même dans un sang très fluide", explique Metin Sitti. "Dans la présente étude, nous nous sommes concentrés sur la visualisation des microrobots. Le projet a été très fructueux gr?ce à l'excellente collaboration au CLS, qui a permis de combiner l'expertise des deux groupes de recherche du MPI-IS de Stuttgart pour la partie robotique et de l'ETH Zurich pour la partie imagerie", conclut-il.