Des ondes sonores dans le cerveau

Les tumeurs cérébrales, les hémorragies cérébrales ainsi que les maladies neurologiques et psychiques sont souvent difficiles à traiter avec des médicaments. Même lorsqu'il existe des médicaments efficaces, ceux-ci ont souvent des effets secondaires importants, car ils circulent dans tout le cerveau et pas seulement dans la zone sur laquelle ils sont censés agir. Les scientifiques placent donc de grands espoirs dans la possibilité de déposer à l'avenir des médicaments dans le cerveau de manière plus ciblée sur un site d'action étroitement limité. Ils sont donc en train de développer des mini-véhicules de transport qu'ils pourront diriger à travers les voies sanguines richement ramifiées.

Des chercheurs de l'ETH Zurich, de l'Université et de l'H?pital universitaire de Zurich sont parvenus pour la première fois à naviguer dans les vaisseaux sanguins du cerveau d'un animal à l'aide de microvéhicules pouvant être pilotés par ultrasons.

Les ultrasons plut?t que le magnétisme

Par rapport aux techniques de navigation alternatives, comme celles utilisant des champs magnétiques, les ultrasons présentent des avantages, comme l'explique Daniel Ahmed, professeur de robotique acoustique à l'ETH Zurich et responsable de l'étude : "Les ultrasons sont déjà largement utilisés en médecine, ils pénètrent profondément dans le corps et sont s?rs."

Comme microvéhicules, lui et ses collègues ont utilisé des vésicules remplies de gaz et recouvertes d'une enveloppe d'acides gras - le même composant que celui qui compose les membranes des cellules biologiques. Les vésicules ont un diamètre d'un micromètre et demi et sont aujourd'hui utilisées comme agent de contraste dans l'imagerie par ultrasons.

Comme le montrent maintenant les chercheurs, ces vésicules peuvent être contr?lées par la circulation sanguine. "?tant donné que les vésicules sont déjà autorisées pour une utilisation chez l'homme, nous pourrons probablement amener notre technologie à l'admission et à l'application chez l'homme plus rapidement que les microvéhicules alternatifs sur lesquels des recherches sont actuellement menées", explique Ahmed, qui a obtenu en 2019 un "Starting Grant" du Conseil européen de la recherche (ERC) pour son projet de recherche et de développement de cette technologie.

Un autre avantage des microbulles contr?lées par ultrasons est qu'elles se décomposent dans le corps une fois leur travail terminé. Dans le cas du contr?le par champ magnétique, une autre approche, les microvéhicules doivent être magnétiques, et il n'est pas très facile de développer des microvéhicules magnétiques biodégradables. En outre, les microbulles utilisées par les chercheurs de l'ETH sont petites et souples. "Elles nous permettent de naviguer facilement dans des capillaires sanguins étroits", explique Alexia Del Campo Fonseca, doctorante dans le groupe d'Ahmed et première auteure de l'étude.

Transport dans le sens inverse de l'écoulement

Ces dernières années, Ahmed et son groupe ont développé en laboratoire le contr?le des microbulles dans les vaisseaux étroits. Avec des chercheurs de l'Université et de l'H?pital universitaire de Zurich, il l'a maintenant testée dans les vaisseaux sanguins du cerveau de souris. Les chercheurs ont injecté les vésicules dans la circulation sanguine des souris. Sans contr?le extérieur, les vésicules sont entra?nées par le flux sanguin. Les chercheurs ont toutefois réussi à maintenir les vésicules en place à l'aide d'ultrasons ou à les diriger dans le sens inverse de l'écoulement du sang dans les vaisseaux cérébraux. Les chercheurs ont également réussi à guider les vésicules le long de voies sanguines tortueuses ou à les faire changer plusieurs fois de direction pour les faire naviguer dans les ramifications les plus fines des vaisseaux sanguins.

Pour piloter les microvéhicules, les chercheurs ont fixé quatre petits convertisseurs d'énergie à l'extérieur du cr?ne des souris. Ceux-ci génèrent des vibrations dans le domaine des ultrasons, qui se propagent dans le cerveau sous forme d'ondes. Les ondes de deux ou plusieurs transducteurs d'énergie peuvent s'annuler ou s'amplifier mutuellement à certains endroits du cerveau. Les scientifiques naviguent dans les bulles gr?ce à une commande dynamique sophistiquée des différents transducteurs d'énergie. Un retour d'image en temps réel leur indique où se déplacent les bulles.

Pour l'imagerie de cette étude, les chercheurs ont utilisé la microscopie à deux photons. A l'avenir, les scientifiques souhaitent également utiliser les ultrasons pour l'imagerie, en développant la technique des ultrasons.

Dans cette étude, les microbulles n'étaient pas équipées de médicaments. Les chercheurs voulaient d'abord piloter les véhicules à travers les vaisseaux sanguins et démontrer la faisabilité dans le cerveau. C'est là que se trouvent des applications médicales prometteuses, du cancer aux maladies psychiques en passant par les accidents vasculaires cérébraux. Dans une prochaine étape, les chercheurs souhaitent fixer des molécules actives à l'enveloppe des vésicules pour le transport. Et ils souhaitent développer l'ensemble du procédé de manière à ce qu'il fonctionne également chez l'homme. De nouvelles thérapies devraient être développées sur cette base à l'avenir.