Tracer une voie au sein du corps

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Tracer une voie au sein
du corps
Chacun de nous possède environ
100 000 kilomètres de vaisseaux
sanguins qui aeignent tous les
organes et tissus et nous maintiennent
en vie. Chaque fois que nous prenons
des médicaments, ce vaste réseau veille
à ce que les médicaments aeignent
toutes les parties du corps. Les agents
chimiothérapeutiques s’aaquent aux
tumeurs cancéreuses, mais ces substances
hautement toxiques passent également
partout ailleurs, ce qui aaiblit les patients
et les rend souvent malades. Dans de tels
cas, un vecteur pouvant naviguer au sein du
système de transport élaboré du corps et
administrer des traitements à la seule zone
touchée serait bien plus adapté.
Sylvain Martel a voulu construire ce vecteur et il
a passé la dernière décennie à étudier
la façon de s’y prendre. Ses efforts ont abouti
à des résultats de recherche signicatifs,
notamment une démonstration réussie de la
manière de modier les fonctions de contrôle
d’un appareil d’imagerie par résonance
magnétique (IRM) an que celui-ci puisse fournir
des images et un traitement guidé.
Ses recherches ont débuté au Massachusetts
Institute of Technology (MIT), où il a aidé à créer
un robot téléguidé miniature marchant sur trois
pattes à une vitesse de 4 000 nanopas par
seconde. Désormais, en tant que professeur
de génie à l’École Polytechnique de Montréal,
il exploite les moteurs moléculaires existant
déjà au sein des bactéries an qu’ils puissent
atteindre directement une partie spécique du
corps. Agissant en tant que transporteurs de
médicaments, ces bactéries ne se déplacent
que vers une destination spécique, telle qu’une
tumeur, plutôt que d’aller ailleurs.
Ces vecteurs microscopiques s’appuient sur un
guidage électronique pour manipuler et détecter
les agents pathogènes. L’idée initiale a été
validée en utilisant plusieurs puces fabriquées
au moyen des technologies CMOS, Micragem
et Protolyne avec l’appui de CMC
Microsystèmes.
Martel l’a adaptée pour permettre un
fonctionnement en conjonction avec les
systèmes d’IRM couramment utilisés
pour voir ce qui se passe à l’intérieur d’un
patient.
Martel désirait continuer à travailler sur le
NanoWalker du MIT lorsqu’il a créé son
propre laboratoire à Montréal. Il a toutefois
reçu plus de soutien pour le développement
de mécanismes de taille moléculaire qui
pourraient offrir un nombre sans précédent
d’applications médicales. Alors qu’il pouvait
voir les possibilités d’utiliser le champ
magnétique de l’appareil d’IRM pour guider
les sondes au sein du corps, les fabricants
de ces machines ne partagent pas
facilement les détails d’ingénierie portant
sur le fonctionnement de ces machines.
Martel reconnaît les mérites du réseau
d’infrastructures de recherche soutenu
par CMC et de la capacité de son équipe
à relever un grand nombre de dés
multidisciplinaires dans des domaines aussi
divers que le génie électrique et informatique,
la mécatronique, la biochimie, la biologie et
la physiologie. « Le réseau a joué un rôle-clé
en nous aidant à évoluer dans chacun de ces
domaines », a-t-il déclaré.
Cette intégration de compétences se reète
dans l’équipe tout aussi diversiée d’étudiants
diplômés que Martel a réunis pour explorer le
fonctionnement interne de l’équipement d’IRM
et déterminer comment il pourrait être modié
an que les utilisateurs puissent manipuler des
objets minuscules à l’intérieur du corps. Les
chercheurs ont alors commencé à cartographier
les limites des forces de gradient magnétique
qui pourraient être maintenues autour des
capillaires conduisant à une tumeur. Cette
restriction a conduit à l’utilisation de la bactérie
magnétotactique MC-1 (MTB) pour le transport
de médicaments vers les tumeurs.
« Bien que la plupart des gens la voient comme
un simple organisme vivant, d’un point de vue
technique, cette bactérie peut être considérée
comme un actionneur sophistiqué avec une
interface de contrôle intégrée », a-t-il expliqué
dans un article pour la revue International
Journal of Robotics Research.
Les éléments-clés de cette interface sont les
particules superparamagnétiques, connues sous
le nom de magnétosomes, ne dépassant pas
50 à 100 nanomètres de diamètre. Elles jouent
le rôle crucial de compas de navigation pour les
MTB qui sont entraînées par de longues vrilles
appelées agelles, que les bactéries utilisent
normalement pour se déplacer.
Ce moteur MTB pouvant fonctionner entre 200
et 1 000 tr/min est composé de protéines et
est alimenté par un ux de protons. Avec deux
faisceaux de agelles par bactérie, une force de
poussée de quatre piconewtons peut être atteinte,
ce qui correspond à un ordre de grandeur plus
important que ce que de nombreuses espèces de
bactéries génèrent habituellement. Cette force
permet même aux MTB d’atteindre des vitesses
de 200 microns/seconde, ce qui correspond une
fois de plus à presque 10 fois ce que les autres
bactéries typiques peuvent atteindre.
Martel se rappelle l’accueil plein de scepticisme
qui avait été réservé à cette entreprise. « Il aura
fallu deux ans pour convaincre les gens avant de
commencer le projet, mais nous savions que cela
fonctionnerait. » cmc
Juillet 2011
Sylvain Martel, PhD, professeur et directeur du
laboratoire NanoRobotics, Département de génie
informatique et logiciel, Institut de génie biomédical,
École Polytechnique de Montréal. Son équipe de
recherche met au point des techniques révolutionnaires
en nanorobotique qui exploitent les propriétés uniques
des mécanismes à l’échelle moléculaire.